Глава первая,

в которой Дальтон сравнивает по весу атомы разных сортов, а когда число этих сортов начинает быстро расти, Праут и Ньюлендс предпринимают попытки навести среди атомов хоть какой-нибудь порядок

ТОЛЬКО ЦЕЛЫЕ ЧИСЛА

В книгах на русском языке человека по имени Джон Долтон нет. В прошлом веке английские слова писали у нас как придется — вместо Уошингтон получился Вашингтон, вместо Айвенго был Ивангос, а вместо Джон Долтон написали Джон Дальтон.

Так он и остался Дальтоном.

Про Джона Дальтона его современники сообщали немало неприятного. Например: "Его вид и манеры были отталкивающими, голос у него был резкий и сварливый, а походка неуклюжая". Или: "В нем было меньше желания узнать, что сделали другие, чем твердой уверенности в правильности того, что сделал он сам".

Впрочем, и к Аристотелю лично знавшие его люди относились далеко не лучшим образом. В одной из старых, почтенных энциклопедий можно прочесть: "При жизни А. не был любим. Наружность его не отличалась привлекательностью. Он был малого роста, близорук и картав. На губах его играла язвительная улыбка…"

В гениях ли тут дело? Или в людях, которые их окружают?

В 1773 году, когда "Начальный курс химии" Лавуазье вышел во Франции уже вторым изданием, 27-летний провинциальный учитель Джон Дальтон приехал в большой промышленный город Манчестер, где ему досталось место преподавателя математики и физики в новом колледже.

И здесь Дальтон занялся исследованиями.

Три вопроса более других интересовали его.

Первый. Лавуазье установил, что по крайней мере 26 веществ представляют собой элементы — неразложимые простые тела.

Почему они далее не разлагаются?

Второй. Жозеф Луи Пруст, исследуя киноварь из Испании и Японии, поваренную соль из морей, озер и копей, воду из горных ледников и глубоких шахт, а также многие другие сложные вещества из разных мест, доказал, что любая вода в очищенном от примесей виде содержит 11,1 % по весу водорода и 88,9 % кислорода, а любая соль — 39,3 % натрия и 60,7 % хлора, а любая киноварь — 86,2 % ртути и 13,8 % серы. И вообще, что "соединение есть привилегированный продукт, которому природа дала постоянный состав".

Как объяснить это постоянство состава любого сложного тела?

Третий. Еще алхимикам было известно: для того, чтобы превратить в киноварь всю ртуть и всю серу без остатка, нужно ваять их в определенном отношении, а именно: отвесить 86,2 части ртути и 133 части серы. Иначе либо сера, либо ртуть останутся в избытке. Но когда химики от твердых тел и жидкостей перешли к газам, в подобных числах возникла новая особенность. Газы легче было отмерять не в весовых единицах, а в объемных — ведь их собирали в бутыли. И тут-то при переходе от унций к литрам выявились удивительнейшие вещи. Например, если считать по весу, то аммиак состоит из 17,06 части водорода и 82,94 азота. Ничего особенного. А если считать по объему — то из трех объемов водорода и одного объема кислорода. Все числа получались целыми! Или другой пример. Разложили воду, собрали в одной бутыли кислород, в другой водород. И пришлось для кислорода брать бутыль ровно вдвое меньшего размера, чем для водорода.

Откуда взялись эти целые числа?

Ответы, которые нашел Джон Дальтон, оказались ошеломляюще простыми.

Почему далее не разлагаются элементы? Да потому, что они состоят из атомов одного сорта. Атомы же неделимы никакими способами.

Почему постоянен состав сложных веществ? Да потому, что сложное вещество состоит из сложных атомов — молекул, а каждая молекула — это соединение определенного числа атомов одного сорта с определенным числом атомов другого сорта или нескольких других сортов.

Почему появились целые числа? Да потому, что атомы неделимы и они не могут входить в состав молекул четвертушками или половинками, и значит, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. А молекула аммиака — из трех атомов водорода и одного атома азота.

Теперь можно было понять и закон сохранения материи при химических превращениях: куда могла материя деваться, если все превращения оказывались лишь переходом одних и тех же атомов от одного вещества к другому?

Но Дальтон не хотел ограничиваться объяснением уже открытых фактов. Только та теория хороша, которая позволяет предсказывать новые. И Дальтон сделал предсказания. Первое относилось к свойствам самих атомов. Раз непременное свойство любого вещества — его масса, вес, значит, это непременное свойство есть у каждого атома. И атомы разного сорта должны иметь разный вес.

Второе предсказание относилось к разным веществам, образованным одними и теми же элементами. Например, углерод с кислородом могут образовать два совершенно разных таза — угарный и углекислый. Азот с кислородом — четыре разных вещества. Было ясно и так, что одни и те же элементы входят в эти вещества в разных пропорциях. Дальтон объявил другое, а именно: что в таких соединениях весовые количества одного элемента, приходящиеся на одно и то же количество другого элемента, будут кратными, то есть будут относиться между собою как целые числа. Потому что в молекуле одного такого соединения может быть только два атома, скажем, углерода вместо одного, или три, или четыре, но уж никак не полтора атома — ведь атом не делится на половинки!

Дальтон сам проверил угарный и углекислый газы. В угарном газе на три весовые части углерода приходится четыре весовые части кислорода, а в углекислом — на те же три части углерода уже восемь частей кислорода. 8:4 = 2. Целое число!

Проверил Дальтон и соединения азота с кислородом. Там тоже получились целые числа.

Впрочем, у газов и раньше, когда имели дело с объемами, получались целые числа. А вот у твердых и жидких тел никаких простых соотношений никто никогда не наблюдал.

Дальтон взял два медных окисла — черный и красный. В черном оказалось по весу 79,9 % меди и 20,1 % кислорода, в красном — 88,8 и 11,2. Теперь надо было высчитать, сколько приходится меди на единицу веса кислорода в том и другом окисле. Дальтон разделил 79,9 на 20,1. Получилось 3,96. Потом разделил 88,8 на 11,2. Получилось 7,92.

Теперь оставалось разделить 7,92 на 3,96. И, конечно, получилось целое число: два. На один атом меди в молекуле черного окисла приходилось два атома меди в молекуле красного. Закон кратных отношений действовал безотказно…

С этого времени химики всего мира могли с карандашом или пером в руках подсчитывать, сколько исходных веществ надо взять, чтобы они нацело, без остатка, превратились в нужное новое вещество.

АТОМНЫЙ ВЕС

Первую таблицу атомных весов двадцати элементов составил сам Дальтон и поместил в книге "Новая система химической философии". Первый том ее вышел в 1808 году. Она именовалась так: "Таблица относительных весов мельчайших частичек газообразных и других тел". Относительных — потому что взвесить атом Дальтон не мог, а мог только попытаться выяснить, на сколько тот или иной атом тяжелей атома водорода.

Кроме относительных весов, в таблице были даны символы для химических элементов. Раньше каждому веществу давали свой символ. И потому своя знаки были не только у золота, ртути или серы, но и у поваренной соли, селитры, уксусной кислоты — вообще у любого, известного химикам вещества. Получалась китайская грамота.

Дальтон же все упростил: элемент обозначался своим символом, а соединение — символами элементов, в него входящих.

Правда, ни предложенные Дальтоном символы, ни обозначения, в его таблице относительные веса долго не продержались. Символы-значки были заменены первыми буквами латинских названий элементов. А относительные веса — другими, более точными числами.

Тем не менее в главном Дальтон оказался прав — у каждого элемента был только ему одному присущий атомный вес — число, показывающее, во сколько раз атом такого-то элемента тяжелее, чем атом водорода, или, впоследствии, чем одна шестнадцатая часть атома кислорода.

Точное определение этих чисел стало в принципе возможным после того, как появился закон Авогадро.

Амедео Авогадро, профессор Туринского университета в Италии, задумался над химическими реакциями, в которых из одних газообразных веществ получаются другие газообразные вещества. Например, над тем, как разлагается аммиак. Если полностью разложить один кубический дюйм аммиака, то из него получится ровно столько же азота и ровно три кубических дюйма водорода. Или, например, над тем, как получается углекислый газ. Если соединить кубический дюйм угарного газа с кубическим дюймом кислорода, то получится не два кубических дюйма углекислоты, а только один.

Что бы это могло значить? Почему более сложный газ всегда занимает ровно такой же объем, как один из исходных, и притом тот, которого было меньше?

Авогадро рассуждал примерно так.

Молекула сложного вещества образовалась из атомов простых веществ или молекул менее сложных веществ. Например, молекула аммиака состоит из атомов азота и водорода. Значит, в ней не может не быть хотя бы одной частицы азота. Значит, число полученных молекул аммиака не может быть больше числа атомов азота.

Но и сложные частицы аммиака, и простые частицы азота занимают один и тот же объем. Почему? Проще всего это можно было объяснить следующим: при одной и той же температуре и давлении в равных объемах находится одинаковое число частиц любого газа. Хоть легчайшего водорода, хоть тяжелой углекислоты.

Из этого обнаруженного Авогадро закона, которому подчиняется жизнь газов, оказалось возможным определить относительный атомный вес любого элемента. Надо только выделить его в виде газа или пара, собрать в сосуд, взвесить и сравнить его вес с весом другого такого же сосуда с водородом. Ведь от того, будете вы делить вес одного атома кислорода на вес одного атома водорода или же вес миллиарда атомов кислорода на вес миллиарда атомов водорода — результат измениться не может.

Так была определены атомные веса многих элементов, и все они оказались разными.

Легче водорода не нашлось ни одного элемента.

А наиболее тяжелым оказался висмут.

На самом деле еще тяжелей был уран, но правильно определить атомный вес урана долго не удавалось…

Когда исследователя находили какой-нибудь, новый элемент, то его атомный вес обязательно оказывался не таким, как у ранее известных.

Все же другие свойства атомов не были так индивидуальны. Цвет, вкус, запах, металлический блеск, растворимость, горючесть, способность образовывать кислоты, или, наоборот, щелочи — не были особым признаком. Этими свойствами обладали — пусть в развой мере — многие элементы, атомы многих сортов.

СКОЛЬКО ИХ?

В таблице Лавуазье, составленной в 1789 году, было двадцать шесть элементов. После того как Лавуазье объяснил, что такое простое тело и что такое — сложное, перечень известных химикам элементов стал расти с невиданной быстротой.

В том же 1789 году появились уран и цирконий, в 1791 — титан, в 1794 — иттрий, в 1797 — хром. Первый же год нового, XIX века ознаменовался открытием ниобия, второй — тантала, третий — церия и палладия, четвертый — родия, осмия, иридия. Затем после двухлетнего перерыва наступил черед калия, натрия, бария, стронция, магния, кальция и бора — все они были открыты великим охотником за элементами англичанином Хемфри Дэви. Второе десятилетие XIX века дало человечеству хлор, йод, литий, кадмий, селен. Третье — кремний, бром, алюминий, торий. Четвертое и пятое — маленькая передышка: всего три новых элемента — ванадий, лантан и рутений. А потом снова лавина: 1860 — цезий, 1861 — рубидий, 1862 — таллий, 1863-индий, 1868 — гелий…

Через восемьдесят лет, прошедших после появления таблицы Лавуазье с ее 26 элементами, люди знали уже более 60 сортов атомов. Среди новых элементов были такие активные, как калий, горящий даже в воде. И такие стойкие, как осмий или иридий, не боящиеся самых сильных кислот. Был легчайший металл алюминий и более тяжелые, чем свинец, — торий и уран.

Сколько элементов еще предстоит открыть? И какими окажутся их свойства? И вообще — от чего эти свойства зависят, по какому закону от элемента к элементу изменяются?

На эти вопросы не мог ответить никто.

Только что упорядоченный Лавуазье и Дальтоном мир элементов снова постепенно превращался в хаос, за которым отдельные мыслители тщетно стремились угадать систему.

Английский врач Уильям Праут выступил с идеей, которую сегодня нельзя не назвать пророческой. Вес любого атома кратен весу атома водорода потому, что все атомы состоят из атомов водорода; именно водород и есть та первичная материя, из которой затем постепенно образовались и все остальные элементы…

Но эта крайне привлекательная мысль не подтвердилась. Точные измерения показали, что атомные веса более тяжелых элементов не делятся нацело, без остатка, на атомный вес водорода.

Другой англичанин Джон Ньюлендс предложил расположить все сорта атомов в порядке возрастания атомных весов и посмотреть, не обнаружится ли при этом какая-нибудь закономерность в изменении других свойств элементов.

В 1866 году он высказал свою идею в Лондоне. Но присутствовавшие на докладе ученые подняли его на смех; один физик даже спросил: а не пробовал ли достопочтенный докладчик расположить элементы не по атомным весам, а по алфавиту?

И Ньюлендс отступил.

Не достигли успеха и другие попытки обнаружить закономерную систему элементов, предпринятые французом Александром де Шанкуртуа, немцем Лотаром Мейером, англичанином Уильямом Одлингом.

Но если общий чертеж системы элементов до конца 60-х годов XIX века оставался неизвестным, то кое-какие его детали все же постепенно прояснялись. Более всего это относилась к установлению сходства между отдельными элементами и даже группами элементов.

Пожалуй, наиболее важный шаг в этой области сделал немецкий химик Иоганн Деберейнер. Он установил, что существуют группы элементов, сходные не только по химическим, но и по некоторым физическим свойствам. Например, литий-калий-натрий. Или магний-кальций-стронций. Или фосфор-мышьяк-сурьма. Или фтор-хлор-бром. Такие группы Деберейнер назвал триадами. А установленная им закономерность — "закон триад" — гласила: атомный вес среднего члена триады есть среднее арифметическое атомных весов ее крайних членов. Таким же средним был у средних элементов триад и удельный вес окисей.

Казалось бы, что могло помешать распространению "закона триад" и на несходственные по своим химическим свойствам и даже на все вообще элементы?

Но парадоксальная по тому времени мысль о "сходстве несходного", если и возникала, то ее тут же отбрасывали, или остерегались обнародовать, или, как в случае с Ньюлендсом, не могли доказать.

Кроме того, препятствием для ее утверждения была путаница с атомными весами: атомные веса многих элементов были определены неверно. И главным образом потому, что большинство исследователей первой половины XIX века не представляли себе как следует различие между двумя видами частиц вещества — атомами и молекулами. И не понимали, что закон кратных отношений Дальтона относится к атомам, а закон Авогадро — к молекулам. Поэтому при определении атомного веса того или иного элемента нередко получали ошибочный результат. Например, зная, что в воде на 1 весовую часть водорода приходится 8 весовых частей кислорода и полагая, что соотношение атомов элементов здесь один к одному, можно было принять атомный вес кислорода за 8. А рассуждая так же о перекиси водорода, можно было принять его за 16.

Только в 40-х годах XIX века французский химик Шарль Жерар пришел к выводу, что атом есть наименьшее количество элемента, входящее в состав молекулы его соединений. И что молекула есть наименьшее количество вещества, вступающее в химические реакции и занимающее в газообразном состоянии одинаковый объем для всех веществ.

С этого времени стало теоретически возможным правильное определение атомных весов. Но во-первых, не все ученые сразу согласились с Жераром. А во-вторых, для претворения теоретической возможности в реальность нужно было преодолеть немало технических препятствий.

И лишь к концу 50-х годов, когда итальянский ученый Станислао Канницаро изобрел способ определения атомного веса металлов по плотности их паров и теплоемкости, все химики наконец согласились с жераровскими представлениями об атоме и молекуле.

Об этом удалось договориться на Международном химическом конгрессе; он состоялся в сентябре 1860 года в немецком городе Карлсруэ. После этого можно было правильно определить атомный вес всех без исключения элементов. Хотя, конечно, для этой работы потребовалось немало времени.

…Чтобы навести порядок во все увеличивающемся нагромождении химических элементов и снабдить человечество картой атомов, нужен был гений. Возможно, не меньший, чем Чарлз Дарвин, который разобрался в хаосе растительного и животною мира.

И никто из маститых участников конгресса в Карлсруэ не подозревал, что этот научный подвиг совершит находившийся в одном зале с ними двадцатишестилетний русский химик Дмитрий Иванович Менделеев.

 

Глава вторая,

в которой многое происходит не так, как полагается

СОВЕТ ИЗ ПЕТЕРБУРГА

В 1859 году немецкие ученые Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен обнаружили новое, до того не известное свойство атомов: если раскалить какое-нибудь вещество и заставить его светиться, а потом пропустить этот свет через стеклянную призму, то можно обнаружить, что спектр у него будет не такой, как у другого вещества. В спектре натрия, например, самой яркой будет желтая полоска, а в спектре магния — зеленая.

Когда Кирхгоф и Бунзен обнаружили эти удивительные особенности атомов разного сорта, они построили специальный прибор спектроскоп, который позволял получить спектр мельчайшей крупицы вещества. И принялись испытывать в этом приборе самые разные минералы. И вот в одном минерале, в спектре которого светилась ярко-голубая полоска, они открыли новый элемент цезий ("небесно-голубой"), а в другом минерале — в его спектре светилась багровая полоска — новый элемент рубидии ("красный").

Спектроскоп был принят на вооружение десятками исследователей во многих странах. И вскоре были открыты еще два новых элемента.

Один из них был назван таллием ("таллюс" — это молодая зеленая ветвь), а другой индием (индиго — самая красивая синяя краска); в спектре первого ученые увидели характерную только для этого элемента ярко-зеленую полоску, в спектре второго — ярко-синюю.

После таллия и индия пришло время гелия…

Из всех ученых, занявшихся спектральным анализом, наибольший успех выпал на долю французского химика Поля Лекока де Буабодрана — ему посчастливилось обнаружить три новых элемента.

Самую широкую известность получило его первое открытие. И не потому, что первый открытый Буабодраном элемент, названный в честь родины первооткрывателя галлием, оказался более распространенным и важным для техники, чем впоследствии обнаруженные им самарий и диспрозий. Нет, открытие галлия произвело громадное впечатление на весь ученый мир совсем по другой причине…

Можно представить себе радость исследователя, когда он, раскалив кусочек довольно обычного минерала, увидел в его спектре совсем необычную, ранее никому и никогда не встречавшуюся фиолетовую линию и уже через день, многократно повторив эксперимент и сравнив полученный спектр со спектрами известных элементов, смог написать французскому академику Вюрцу:

"Позавчера, 27 августа 1875 года, между двумя и четырьмя часами ночи, я обнаружил новый элемент в минерале цинковая обманка из рудника Пьерфитт в Пиренеях…"

Можно представить испытанное исследователем удовлетворение, когда после года упорной, кропотливой работы ему удалось выделить несколько тысячных долей грамма этого нового элемента и определить некоторые его свойства, в том числе атомный вес, который оказался близким к 69, и плотность, которая оказалась равна 4,7.

Труднее представить, что почувствовал Буабодран, когда узнал, что петербургский профессор Дмитрий Менделеев, не имевший ни малейшей крупицы галлия, тем не менее позволил себе не только оспаривать правильность найденной им, Буабодраном, плотности нового элемента, не только называть иное, по его мнению, более правильное число — 5,9, но еще и давать советы. Он рекомендовал получше очистить препарат от натрия и тогда уже определять плотность.

В наше время подобный совет не мог бы ни поразить, ни даже удивить. Сейчас химику предугадать то или иное свойство еще не открытого элемента не намного сложнее, чем пассажиру поезда или самолета предугадать время своего прибытия из одного города в другой.

А в те времена многие серьезные ученые к возможности подобных предсказаний относились весьма скептически. Когда, например, знаменитый Бунзен узнал о том, что Менделеев предсказал существование нескольких новых элементов с определенными свойствами, он сказал: "Дайте мне биржевые ведомости, и я берусь на их основе предсказать вам все, что угодно".

Не надо из-за этого считать Роберта Бунзена консерватором в науке. Он им не был. Просто у него в памяти сохранялось немалое число догадок, высказанных по поводу еще не открытых элементов и впоследствии не подтвердившихся. И он, как в большинство исследователей, предпочитал обширному болоту предсказаний, пусть узкую, но верную тропку экспериментов.

Знал Буабодран про высказывание Бунзена о биржевых ведомостях или не знал, не известно. Но вряд ли сам он, уже немолодой, 36-летний экспериментатор, придерживался иных взглядов на возможности теории. Тем не менее он не мог, ознакомившись с одним из менделеевских предсказаний, не заметить редкостного совпадения найденных из опыта свойств галлия с предсказанными свойствами гипотетического "экаалюминия". Совпадал их атомный вес. Совпадая метод обнаружения. Совпадали реакции их соединений с соединениями других элементов. Не совпадала только плотность.

И Лекок де Буабодран решил последовать совету, полученному из далекой России. Он тщательно очистил галлий от примеси натрия и заново измерил плотность нового элемента.

Петербургский профессор, в глаза не видевший галлия, оказался прав: плотность оказалась 5,9, а не 4,7.

ХОЧЕШЬ ВЕРЬ — ХОЧЕШЬ ПРОВЕРЬ

Издавна принято гордостью семьи считать первенца, старшего сына. Именно его объявляли, как правило, наследником монарха. И в палату лордов, и в боярскую думу вступал старший в роде. И неделимые отцовские поместья тоже доставались ему. И только сказки почему-то всегда держали сторону младшего…

Что касается истории науки, то тут дело обстояло тоже не совсем так, как в высшем обществе. Кавендиш, например, был не первым, а вторым сыном герцога Девонширского. Роберт Бойль — не первым, а седьмым сыном графа Корка. Про Джона Дальтона точно известно, что у него был старший брат…

27 января 1834 года в городе Тобольске, в семье директора городской гимназии Ивана Павловича Менделеева и жены его Марьи Дмитриевны родился семнадцатый ребенок, нареченный в честь деда Дмитрием.

Детство его прошло в тридцати верстах от города, в деревне Аремзянке. Там он впервые увидел чудеса: на маленьком заводике самый обыкновенный песок превращался в прозрачное стекло.

Когда Дмитрий Иванович окончил Тобольскую гимназию, отца уже не было в живых. Мать отвезла младшего сына в Петербург и там исхлопотала ему возможность на казенный счет учиться в педагогическом институте. Пока учился — много болел. Врачи решили — чахотка и приговорили его к ранней смерти.

По окончании института Менделеев уехал в Крым. На юге ему посчастливилось встретиться с знаменитым медиком Николаем Ивановичем Пироговым. Тот осмотрел юношу и сказал: "Проживешь до ста лет, нет у тебя никакого туберкулеза!"

Менделеев поверил Пирогову, вскоре вернулся в Петербург и прожил в тамошнем нелегком климате, правда, не до ста, а до семидесяти трех лет — всегда в непрестанной работе.

Позже его часто называли гением. "Какой там гений, — говорил он. — Трудился всю жизнь, вот и стал гений!"

Трудился всю жизнь. Спускался в угольные шахты. Поднимался на воздушном шаре. Исследовал нефтяные промыслы Кавказа и Америки, Хлопотал об открытии северного морского пути. Учил студентов. Писал книги. Выводил на чистую воду лжеученых…

Но главным делом жизни Менделеева стал открытый им закон природы: периодический закон химических элементов.

…Про открытие законов природы сложено немало легенд. Про Архимеда, который с криком "Эврика!" выскочил из ванны, обнаружив, что погруженное в воду тело теряет в весе ровно столько, сколько весит вытесненная им вода. И про Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения, глядя на падающее яблоко. И про Демокрита, предсказавшего атомы.

О великом открытии Менделеева тоже существуют разные рассказы.

Один из них называется:

Интервью

Репортер газеты "Петербургский листок":

— Как вам пришла в голову, Дмитрий Иванович, ваша периодическая система?

Менделеев:

— О-о! Господи!.. Да ведь не так, как у вас, батенька! Не пятак за строчку!.. Не так, как вы! Я над ней, может быть, двадцать пять лет думал, а вы считаете: сидел — и вдруг, пятак за строчку, пятак за строчку, готово! Не так-с! Ну-с, все? У меня времени нет…

Другой рассказ — он известен со слов друга Менделеева, чешского химика Браунера — называется:

Картонки

"Когда я начал писать мой учебник, я чувствовал, что мне необходима система, которая позволила бы мне распределить химические элементы. Я нашел, что все существующие системы являются искусственными, а потому непригодны для моей цели; я же добивался установления естественной системы. С этой целью я написал на маленьких кусочках картона знаки элементов и их атомные веса, после чего я начал группировать их различными способами соответственно их сходству. Но этот способ не удовлетворял меня до тех пор, пока я не расположил картонки одну после другой соответственно возрастанию атомных весов…"

Третий рассказ, проведенный в воспоминаниях геолога Александра Александровича Иностранцева, называется:

Во сне

"Как-то я зашел к Д. И. Менделееву по какому-то делу и застал его в превосходном настроении духа; он даже шутил, что было крайней редкостью. Это было вскоре после его знаменитого открытии закона периодичности элементов. Я, воспользовавшись этим благодушным настроением Дмитрия Ивановича, обратился к нему с вопросом, что натолкнуло его на знаменитое открытие. На это он сообщил, что уже давно подозревал известную связь элементов между собою и что много и долго думал об этом. В течение последних месяцев Дмитрий Иванович перепортил массу бумаги с целью отыскать в виде таблицы эту законность, но ничего не удавалось. В последнее время он усиленно снова занялся вопросом и по его рассказу был даже близок к этому, но окончательно все-таки ничего не выходило. Перед самым открытием закона Дмитрий Иванович провозился над искомою таблицею целую ночь до утра, и все же ничего не вышло; он с досады бросил работу и, томимый желанием выспаться, тут же в рабочем кабинете, повалился на диван и крепко заснул.

Во сне увидел вполне ясно ту таблицу, которая позднее была напечатана.

Даже во сне радость его была настолько сильна, что он сейчас же проснулся и быстро набросал эту таблицу на первом клочке бумаги, валявшемся у него на конторке. Сделал на нем всего одно исправление и отправил в типографию. Возможно, что этот клочок бумаги сохранился и до настоящего времени. Менделеев нередко пользовался для заметок неиспользованными полулистками почтовой бумаги от полученных им записок".

Итак, по первой версии Менделеев открывал свой закон в течение двадцати пяти лет, по второй — открыл его довольно быстро, когда начал писать учебник, по третьей — вообще не открыл, а просто увидел его во сне.

А как было на самом деле?

 

Глава третья,

в которой Менделеев ставит рядом совершенно не схожие атомы

НАХОДКИ В АРХИВЕ

История науки знает поразительные примеры того, как человек, поверивший в легенду, добивался желанного успеха. Шлиман, поверив в поэмы Гомера о подвигах древних ахейцев, раскопал в Турции Трою. Эванс, поверивший в миф о Тезее, раскопал на острове Крите лабиринт. Совсем недавно люди, поверившие в сагу об Эрике Рыжем, обнаружили остатки скандинавских поселений в Америке.

Советский историк науки академик Бонифатий Михайлович Кедров решил проверить рассказы об открытии Менделеева.

Подробно препарировав по документам вековой давности каждый час, а где удалось — и каждую минуту тех дней, Кедров изложил результаты этой проверки в интереснейшем труде "Микроанатомия великого открытия". Это исследование дает возможность шаг за шагом проследить за ходом менделеевской мысли.

Собственно, первый рассказ проверять было нечего. Все работы Менделеева, начиная с магистерской диссертации, так или иначе вели к открытию закона. Менделеев изучал изоморфизм — способность разных элементов замещать друг друга в одном и том же кристалле, не нарушая его первоначальной конструкции. И искал ответа на вопрос: не связано ли это свойство с атомным весом элементов? Потом он занимался изучением удельных объемов простых веществ, а удельный объем — это атомный вес, деленный на удельный вес. Потом он занимался высшими окислами, то есть такими соединениями элементов с кислородом, в которых элементы используют полностью свою валентность — главное Химическое свойство атома, о котором у нас будет подробный разговор чуть позже.

Так что в первом рассказе все было верно: открытие явилось итогом многолетних трудов и раздумий.

А как же другие два рассказа? Картонки? Любовь Менделеева к писанию на сэкономленной бумаге? И сон?

Вот это следовало проверить.

Все бумаги Дмитрия Ивановича Менделеева после смерти его в 1907 году были собраны в старой квартире при Петербургском университете, где он прожил более двадцати лет и сделал свое великое открытие.

В 1924 году в Ленинграде было сильное наводнение, почти как то, что описано Пушкиным в "Медном всаднике". Нева разбушевалась, балтийские воды ринулись в город. А университет стоит на самом берегу. Вода залила квартиру Менделеева, и многие книги подмокли. Те, что остались сухими, служащие университета спешно увязали в пачки вместе с разными документами и сумели сохранить.

Четверть века пролежали эти связки нетронутыми. Только после Отечественной войны младшая дочь Менделеева Мария Дмитриевна, директор Менделеевского музея, стала приводить все это имущество в порядок.

В одной из связок, которую она разбирала, оказались две таблицы элементов, составленные самим Менделеевым. Первая — с множеством пометок, помарок и исправлений, явный черновик. Вторая — чистовая, почти без исправлений.

Это были рукописные наброски самой первой периодической таблицы элементов, отпечатанной в типографии отдельным листком 1 марта 1869 года (по новому стилю — 13 марта) и в тот же день разосланной многим отечественным и иностранным химикам. На чистовом листке была надпись на двух языках — русском и французском: "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве, И стояла дата 18 — II/17 — 69, то есть 17 февраля 1869 года.

Долгие часы провел Кедров, внимательно разглядывая листки.

Черновик был сплошной головоломкой.

Серединка листка была почти такой же, как у чистовика, только элементы были расставлены по атомным весам не в порядке возрастания этих весов, а в порядке их уменьшения. Водород оказался слева внизу, а свинец справа вверху.

Но зато вокруг этой серединки — и выше ее, и ниже, и по бокам — царил ужасающий беспорядок: одни символы и цифры были перечеркнуты, другие вписаны, во многих местах стояли вопросительные знаки, некоторые надписи были совсем неразборчивы и непонятны.

Это напоминало, пожалуй, письменный стол во время работы. Он тоже постороннему человеку может показаться хаотическим скоплением книг, рукописей, ящиков с карточками, листков бумаги. Но на самом деле это вовсе не хаос. В этом беспорядке есть свой порядок, своя идея.

На листке как бы запечатлелся ход какой-то мысли. Вот, в нижней его части, столбцы символов элементов с атомными весами. И все зачеркнуты, кроме одного — "ln". И около этого одного, незачеркнутого, стоит знак вопроса. Видно, Менделеев так и не сообразил, что ему с этим "ln" делать. А с остальными сообразил? Очевидно, да, раз он их зачеркнул. Видимо, то, для чего он их выписал, было сделано, и они теперь стали ему не нужны.

А не может ли статься, что именно на этом листке фиксировал Менделеев картину, которая получалась у него, когда он то так, то эдак раскладывал те самые картонные карточки, о которых впоследствии рассказывал Браунеру? Похоже, очень похоже на это…

Но с чего же начал Менделеев? С этого незачеркнутого "ln"? Или с непонятной надписи "несупоб" под символом тербия? Или с такой же непонятной надписи "Невзо"?..

Нет, с какого конца распутывать этот ребус, было неясно.

Второй листок, чистовой, ничем в разгадывании ребуса помочь не мог. Ведь он был написан после того, как работа с черновиком была завершена. А помочь могла бы лишь находка того, что предшествовало черновику…

Впрочем… Впрочем, чистовик как раз и мог помочь — ведь на нем значилась дата!

Не все потеряно. Надо искать. Искать архивные материалы, помеченные той же датой, тем же 17 февраля.

И начались поиски.

Документы менделеевского архива были подшиты не просто по времени их появления, а по темам. В одной папке лежали, например, бумаги, относившиеся к периодическому закону, в другой — к нефтяной промышленности, в третьей — к сельскому хозяйству. Между прочим. Менделеев сельским хозяйством очень интересовался и в своей деревне Боблове ставил множество агрохимических опытов. И вообще, поскольку Менделеев интересовался множеством предметов, то и папок было множество. И в каждой могли оказаться какие-нибудь листки, относящиеся именно к этому дню — 17 февраля.

Прошло немного времени, и Кедров держал в руках еще два документа, датированных тем же числом.

Один был найден сотрудниками музея в собственноручно переплетенном Менделеевым первом издании "Основ химии" — того самого учебника, о котором Менделеев говорил Браудеру, что именно при его написании он и совершил открытие. Найденный листок был испещрен символами химических элементов.

Вторая находка была в папке, отведенной бумагам по сельскому хозяйству; это было письмо секретаря Вольного экономического общества Ходнева по поводу предполагавшегося обследования сыроварен. Но главным было не само письмо, а то, что написано было Дмитрием Ивановичем на его обороте.

НАЧАЛО

Естественное разделение людьми всех вещей, в зависимости от их свойств, на группы привело сначала к учению о четырех первоэлементах. В XIX веке понимание природы вещей было куда более глубоким и детальным. И новое деление веществ на группы соответствовало этому пониманию.

Что существуют блестящие, ковкие металлы — золото, серебро, медь, олово, платина и другие, — было известно очень давно. Теперь к ним прибавились новые блестящие и ковкие элементы: никель, кобальт, алюминий, рутений и много других.

Все эти вещества были словно в родстве. А некоторые из них казались совсем близкими родственниками: например, натрий, калий и прибавившийся к ним в самом начале века литий. Эти металлы были такие мягкие, что их можно было резать ножом. И соединялись с кислородом с такой жадностью, что отнимали его почти у любого другого вещества. А их соединения с кислородом замечательно легко растворялись в воде, образуя едкие щелочи.

Такая же группа похожих элементов была и среди неметаллов. Например, фтор, хлор и бром, так же яростно соединявшиеся с водородом, как щелочные металлы с кислородом. И соединения эти так же легко растворялись в воде. Только получались тут уже не щелочи, а сильнейшие кислоты.

Пожалуй, наиболее интересным свойством атомов, на которое химики обратили особое внимание уже после смерти Дальтона, была так называемая атомность. Это понятие было введено в 1853 году английским химиком Эдуардом Франклендом. Сейчас вместо "атомность" химики говорят "валентность".

Франкленд изучал соединения металлов с органическими радикалами — частями органических молекул, способными вести себя в реакциях подобно атомам. И обнаружил, что натрий может присоединять к себе только один радикал. А цинк — два радикала. Алюминий — три. По этому признаку, по числу присоединяемых радикалов или атомов, все сорта атомов как бы подразделялись на семь групп. И тут родство некоторых элементов, заметное и раньше, выступило еще явственней.

Щелочные металлы — натрий, калий и литий — оказались одновалентными. Они могли присоединить к себе только по одному атому. А галогены — фтор, хлор и бром — были семивалентными.

Когда лавина элементов стала нарастать и возникла насущная необходимость разобраться в родственных отношениях всех элементов, многие ученые предприняли попытки построить единую систему элементов, положив и основу ее какое-нибудь свойство.

Например, металличность. Скажем, брали один на наиболее активных металлов — литий, натрий пли калин — и ставили его первым, а последним ставили какой-нибудь безусловный неметалл, например, фтор.

Но так систему построить не удавалось. Мышьяк, бор, титан, ванадии и множество других моментов оказывались какими-то промежуточными: в одних случаях они вели себя, как металлы, в иных — как неметаллы.

Пытались взять за основу отношение элемента к кислороду и водороду. Тут все было хорошо, пока речь шла об элементах со сравнительно небольшим атомным весом. А дальше начиналась путаница. Например, фтор с кислородом никак не желал соединяться, но похожий на него йод делал это довольно легко.

Ничего не получалось и с валентностью. Одинаковая валентность была у таких равных элементов, как калий, который сам собой загорается в воздухе, и золото, отличающееся замечательной стойкостью.

Итак, попытки расположить в одном строю все элементы в зависимости от присущих им химических свойств успехом не увенчались.

Но привели к успеху и первые попытки расставить все элементы по порядку их атомных весов. Что это получалась за шеренга! Как забор из неподобранных по размеру палок — одна длинная, другая короткая, одна толстая, другая тонкая. Рядом оказывались, например, кислород, который поддерживает горение, азот, который не поддерживает горения, и углерод, который сам горит. Такой порядок был хуже любого беспорядка.

С чего начал Менделеев, стало понятным только после того, как в руки Кедрова попало письмо, на обороте которого беглым быстрым почерком Дмитрия Ивановича было набросано несколько химических символов, а выше всех, явно написанные первыми, один под другим стояли "Cl и "К".

Хлор и калий. Соседи по весовому строю: атом хлора в тридцать пять раз тяжелей атома водорода, атом калия — в тридцать девять. И — полная противоположность по химическим свойствам. Самые близкие и одновременно самые далекие.

Такого сопоставления не делал никто. Это было одно из самых неровных мест строя. Это был узел.

Люди обычные ищут обходных путей, пытаются строить, пусть шаткие, но все же мостки через пропасти и рвы, ищут пути полегче. Люди необычные идут прямо, пропасти и рвы преодолевают прыжком, в жизни берутся за самое трудное.

По преданию, оракул обещал владычество над Азией тому, кто развяжет узел на колеснице, пожертвованной в храм фригийским царем Гордием. И вот будто бы узнал об этом Александр Македонский, вошел в храм, обнажил меч и разрубил гордиев узел.

Менделеев тоже ухватился за узел, чтобы его разрубить.

ТРЕТИЙ ЛИШНИЙ

В тот день Менделеев очень спешил. На десять дней, начиная с 17 февраля, получил он испрошенный в университете отпуск. Он должен был ехать в Новгородскую губернию, а затем в Тверскую губернию, а затем в Москву. Кроме обследования сыроварен, порученного ему Вольным экономическим обществом, он хотел еще заехать в Боблово, повидать свое семейство.

Он только что получил почту и, завтракая, читал напутственное письмо секретаря общества.

Но, читая, он не переставал думать о своем. О неуловимой системе изменения свойств элементов.

Он думал о ней уже много лет. Но сейчас система эта была нужна ему, как никогда. Надо продолжать "Основы химии". Он рассказал уже о щелочных элементах — о литии, натрии, калии. О чем писать дальше? О щелочноземельных, самых близких к щелочным, — магнии, кальции, барии, стронции? А потом — о цинке, кадмии? Или о меди, серебре? Нет, лучше все-таки о цинке и кадмии, они двухвалентны, так же, как магний, как все щелочноземельные. Но тогда почему одновалентные, подобно литию и кадмию, медь и серебро должны пропускать вперед двухвалентные элементы?

Где логика? Нет логики!

Верней, она есть, есть в точной последовательности атомных весов. Правда, эта логика физическая, и она пока не считается с логикой химических свойств.

Конечно, похожее сразу бросается в глаза. Кто не знает, что щелочноземельные элементы напоминают щелочные? А ведь они и по атомным весам следуют один за другим. Близки, очень близки! Натрий 23, магний 24. Калий 39, кальций 40.

Но ведь не везде так. Значит, закон совпадения — изменяющийся закон?

А что, если зайти с другого конца? Поискать среди близких по атомным весам не те, которые химически близки, а как раз наоборот?

Мысль была так парадоксальна, что Менделеев схватил карандаш и на первом подвернувшемся клочке бумаги — на обороте только что полученного письма — записал: "Cl. А под символом хлора: "К". Поднялся и с письмом в руке стремительно прошел в кабинет — благо он был рядом.

Он набросал на том же обороте письма несколько цифр, потом схватил листок чистой бумаги и стал покрывать его символами и взятыми на память цифрами атомных весов.

Но переставлять элементы с места на место на листке бумаги было неудобно.

Менделеев обвел взглядом кабинет, и взгляд его остановился на колоде карт — он любил раскладывать пасьянсы, когда отдыхал.

Вот что ему нужно — карты. Не такие, конечно, а с символами элементов. Чтобы их можно было разложить на столе и перекладывать с места на место.

Менделеев достал из ящика конторки пачку недавно отпечатанных визитных карточек, отсчитал семьдесят штук, остальные отправил обратно в ящик, а выложенные перевернул чистой стороной вверх.

Потом взял первый выпуск "Основ химии", открыл на страничке со списком простых тел и начал проставлять атомные веса элементов. И переносить их на карточки.

И вот уже первая карточка становится водородом, вторая — литием, третья — бором…

Колода готова. Осталось только взять из стопки на столе еще один лист чистой бумаги, чтобы записывать, как ложатся карты.

О поездке уже не могло быть и речи.

Менделеев разделил все карточки на четыре кучки. В первую он собрал группы элементов, сходство которых не вызывало у него никаких сомнений, а свойства были хорошо известны — и атомный вес, и валентность, и характер сродства с другими элементами. Таких карточек набралось двадцать семь штук: щелочные металлы — литий, натрий, калий, рубидий, цезий; галогены — фтор, хлор, бром, йод; затем кислород и во многом схожие с ним сера, селен, теллур; затем сходные по многим признакам азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут; еще семейство — углерод, кремний, олово; еще похожие — магний, цинк, кадмий; наконец, явно близкие — медь, серебро, ртуть. К последней группе можно было бы добавить еще и золото. Но уж очень оно походило на платину и атомный вес почти такой же: золото — 197, платина — 194.

Вместе с золотом, платиной и совсем уже близкими к платине палладием, родием, рутением, иридием и осмием он отложил карточки некоторых, недостаточно изученных тяжелых элементов.

Третью кучку составили не очень ясные по своему родству, но более легкие элементы, вроде бора, алюминия, кобальта.

И, наконец, в четвертую попали несколько совсем почти не изученных, недавно открытых, чрезвычайно редких элементов, таких, как иттрий или, например, индий.

Теперь можно было строить таблицу, используя в первую очередь карточки из первой кучки.

Менделеев взял первое семейство щелочных металлов и построил его в ряд. Сперва самый легкий литий, за ним потяжелее — натрий, за ним еще более тяжелый — калий, потом еще более тяжелый — рубидий: последним встал самый тяжеленный — цезий, с атомным весом 133, недавно открытый Бунзеном и Кирхгофом, но, несомненно, относящийся к этому семейству: жадность его к кислороду была столь велика, что держать его можно было лишь в запаянном сосуде.

Под щелочные металлы Менделеев положил карточки галогенов. Так, чтобы один под другим стояли соседи по атомному весу: под литий с атомным весом 7 ставить ничего не пришлось — галогена с атомным весом легче 18 не существовало. Этот самый легкий галоген фтор пришелся под натрием, хлор — под калием, бром — под рубидием, йод — под цезием.

Точно так же, как калий и хлор, все остальные пары элементов были ближайшими соседями по атомному весу и совершенными противоположностями по свойствам. Если один в паре был одновалентен, то другой непременно семивалентен.

Дорога была правильной. Можно было двигаться дальше.

Кислород — под фтор, серу — под хлор, селен — под бром, теллур — под йод: шестивалентные под семивалентными.

Теперь пятивалентные: азот — под кислород, фосфор — под серу, мышьяк — под селен, сурьму — под теллур.

А висмут куда же? Над ним нет ни родственника кислорода, ни родственника йода… Ладно, пусть пока стоит в одиночестве, без пары. Есть же еще элементы и в других кучках! Может, какой-нибудь подойдет…

Не все ладно получилось и в следующем, углеродном семействе, которое встало ниже. Здесь не нашлось подходящей пары для мышьяка. Углерод с атомным весом 12 расположился под азотом с атомным весом 14; кремний с атомным весом 28 расположился под фосфором с атомным весом 31. Везде разница в две-три единицы: соседи! А под мышьяком с атомным весом 75 оказалась дырка.

Расставив остальные элементы первой кучки, многие из которых тоже оказались без пар или без родственников, Менделеев принялся разыскивать места карточкам из других кучек.

Он начал с семейства щелочных земель: тут похожие друг на друга элементы оказались ближайшими соседями и по росу — кальций с атомным весом 40 встал над калием с атомным весом 39, магний (24) над натрием (23), стронций (87) над рубидием (85), барий (137) над цезием (133).

Правда, литий снова остался без нары. Вот уже все карточки выстроились по порядку атомных весов в семь шеренг — но числу семейств элементов. И над литием оказался… бор, ничем не похожий на магнии или кальций элемент, не двухвалентный, как щелочноземельные, а трехвалентный, как алюминий. Что за странность?

Менделеев еще раз тщательно проверял начало таблицы. Литий, атомный вес 7, одновалентный металл. Бор, атомный вес 11, вроде бы похож на металл, трехвалентен. Углерод, атомный вес 12, промежуточный элемент между металлами и неметаллами, четырехвалентен. Азот, вес 14, неметалл, пятивалентен. Бериллий, вес чуть больше 14, металл, трехвалентен. Кислород, вес 10, неметалл, шестивалентен. Фтор, вес 19, неметалл, семивалентен. Натрий, вес 23, металл, одновалентен…

Стоп! С одновалентного натрия должна начинаться вторая семерка…

Натрий, вес 23, одновалентный металл. Магний, 24, металл, двухвалентен. Алюминий, 27, металл, трехвалентен. Кремний, 28, промежуточный элемент, четырех валентен. Фосфор, 31, неметалл, пятивалентен. Сера, 32, неметалл, шестивалентна. Хлор, 35, неметалл, семивалентен. Калий…

Вторая семерка была образцовой — атомные веса шли один за другим без перебоя, и валентность у каждого последующего элемента увеличивалась ровно на единицу.

Менделеев снова возвратился к первой семерке. Элементы здесь стояли неправильно. И неправильностей было две. Первая: после одновалентного лития стоял трехвалентный бор. Вторая: после пятивалентного азота стоял трехвалентный бериллий.

Если первая неправильность была совсем непонятной, то вторая объяснялась тем, что бериллий явно попал не на свое место. Не будь его тут, после пятивалентного азота шел бы шестивалентный кислород. И вообще азот и кислород такая же пара, как другие элементы этих двух шеренг: фосфор и сера, мышьяк и селен. А бериллий тут — третий лишний!

Как он попал на чужое место?

 

Глава четвертая,

в которой Менделеев разгадывает загадку бериллия

БЕРЦЕЛЕУС ИЛИ АВДЕЕВ?

Атомный вес бериллия — 14,1. Значит, его место между азотом и кислородом.

Но в таком случае нарушался строй всей первой семерки элементов. Получалось, как в известном с давних времен анекдоте, когда весь взвод шел не в ногу, а в ногу шагал только один поручик.

Надо было к этому странному "поручику" присмотреться получше.

…С глубокой древности были известны и высоко ценились прозрачные, густо-зеленые изумруды и зеленовато-голубые аквамарины.

А такие же по форме кристаллы, но бесцветные, называли "бериллами", от греческого слова "бериллос" — "блестящий", "сверкающий".

Изумруды и аквамарины вставляли в короны и скипетры царей, а бериллы знатные римляне употребляли вместо очков или, точнее, вместо луп.

Во второй половине XVIII века, когда химики начали подвергать анализу все природные минералы, этой участи не миновал и берилл.

Именно тогда удалось установить, что изумруд, аквамарин и берилл — это, в сущности, одно и то же. Потому и форма кристаллов у них одинаковая. А разный цвет зависит от ничтожных примесей других веществ: в аквамарине есть железо, в изумруде — железо и хром.

Из чего же состоят эти драгоценные камни?

Считалось, что из глинозема — земли, из которой впоследствии был выделен элемент глиний, позже названный алюминием, и из кремнезема — земли, из которой впоследствии был выделен элемент кремний.

И только в 1798 году француз Луи Никола Воклен открыл в берилле, помимо кремнезема и глинозема, еще одну новую землю.

Она была очень похожа на глинозем. Но были у нее и кое-какие отличия — они и помогли ее выделить. Например, в одной из мягких щелочей — в углекислом аммонии — глинозем ни за что не хотел растворяться, а новая земля растворялась довольно легко. И еще: образуемые этой землей соли имели сладкий вкус.

По этому признаку Воклен и решил назвать открытую им в берилле новую землю глициной — от греческого слова "гликос" или "глюкос", что означает "сладкий". (От этого же греческого прилагательного образовано слово "глюкоза").

Но в то же примерно время был открыт элемент иттрий, и его соли тоже оказались сладкими. И шведский химик Экеборг предложил землю, полученную из берилла, так и называть — берилловой.

У нас в стране выделенный из берилловой земли элемент долго именовался глицием, глицинием, глицинитом и даже сладимцем. Но в конце концов, как и в других странах, его стали называть бериллием.

Из-за трудности отделения окиси бериллия от окиси алюминия (глинозема) бериллий принято было считать родственником алюминия.

И раз алюминий был трехвалентным, считалось, что и бериллий тоже трехвалентен и что окись бериллия, подобно глинозему, имеет формулу Ве2О3. И что хлористый бериллий, подобно хлористому алюминию, имеет формулу ВеСl3. Так писал известнейший химик первой половины XIX века швед Иенс Якоб Берцелиус.

Правда, с Берцелиусом не соглашался русский химик Иван Васильевич Авдеев. Он долгое время работал на Урале, богатом аквамаринами, изумрудами и бериллами, и хорошо изучил их, а также сделал анализы сернокислого глиция и хлористого глиция, и двойных солей глиция с калием. Авдеев доказывал, что чаще всего глиций ведет себя подобно магнию, а вовсе не подобно алюминию. Но в Западной Европе не очень считались с исследованиями русских химиков. И мнение Авдеева общепринятым не стало.

Менделеев эти работы Авдеева, опубликованные в том же "Горном журнале", в котором была напечатана и первая статья Менделеева, знал и высоко ценил. И, задумавшись о месте бериллия в таблице, он сразу же вспомнил об исследованиях Авдеева.

ЗАКОН ЕСТЬ ЗАКОН

А что если прав Авдеев, а не Берцелиус? — думал Менделеев. Если бериллий действительно собрат не алюминия, а магния? Если он двухвалентен, а не трехвалентен?

Ведь тогда и место ему будет не в шеренге алюминия, а в шеренге магния.

Менделеев убрал карточку с символом "Ве" с ее прежнего места.

Теперь азот и кислород сомкнули ряды, и здесь восстановился такой же полный порядок, как во второй семерке: после пятивалентного элемента с атомным весом 14 шел шестивалентный с атомным весом 16.

Но куда девать бериллий? В шеренге магния есть только одно незанятое место рядом с литием. А с литием встать ему никак нельзя — бериллий с атомным весом 14,1 будет тогда стоять раньше бора, а у бора атомный вес всего 11 — на три единицы меньше…

Впрочем, если уж верить Авдееву, так до конца!

Откуда взялся у бериллия его атомный вес — 14,1? Одно из определений было таким. Разложили хлористый бериллий на бериллий и хлор. Взвесили и то и другое. Оказалось, на 35,5 грамма хлора приходится 4,7 грамма бериллия. Атомный вес хлора известен — 35,5. Каков же атомный вес бериллия? А это зависит от того, сколько атомов бериллия в одной молекуле соли. По Берцелиусу, в хлористом бериллии на один атом хлора приходится три атома металла, как и в хлористом алюминий. Значит, чтобы найти атомный вес бериллия, надо эти самые 4,7 умножить на три. Вот и получилось 4,7X3=14,1.

Но ведь по Авдееву, на один атом хлора приходится не три, как у алюминия, а два, как у магния, атома бериллия. И тогда его атомный вес…

Менделеев перечеркнул на карточке бериллия цифры "14,1" и размашисто вывел новые цифры: "9,4". И поставил карточку туда, где она должна была находиться в соответствии с новым атомным весом, — между литием и бором.

Теперь эта семерка выглядела так. Первым шел одновалентный металл литий, вторым — двухвалентный металл бериллий, третьим — трехвалентный промежуточный элемент бор, четвертым — четырехвалентный промежуточный элемент углерод, пятым — пятивалентный неметалл азот, шестым — шестивалентный неметалл кислород, седьмым — семивалентный неметалл фтор.

Уже не одна семерка, а четырнадцать карточек подтверждали то, что Менделеев предчувствовал, а именно — соответствие химических свойств атома его физическим свойствам.

Не простое соответствие, далеко не простое! Расположи элементы в один ряд — и ничего не увидишь. Но вот так, когда стоят они в семь шеренг, видно, это строй этот — естественный.

В самом деле, вот первый из четырнадцати, литий. Очень активный металл, на воздухе он сразу покрывается рыхлой коркой окисла, а уже при слабом нагреве воспламеняется. С водой дает едкую щелочь.

Второй, бериллий, тоже металл, но менее активный. На воздухе окисляется медленно. И пленка окисла у него тоненькая, плотная. А чтобы воспламенить его, нужен очень сильный нагрев. Раствор окисла в воде тоже имеет щелочные свойства, но слабые.

Третий, бор, кое в чем еще проявляет металлические свойства, но в основном ведет себя уже как неметалл. На воздухе, при нормальной температуре, не окисляется совсем. Раствор окисла в воде почти не обнаруживает щелочных свойств, чаще обнаруживает кислотные.

Четвертый, углерод, еще ближе к неметаллам. Соединение углекислого газа с водой — это уже настоящая кислота, хоть и слабенькая.

Следующий, пятый в первой семерке элемент, азот — это уже типичный неметалл; правда, еще очень неактивный. С кислородом не желает вступать в соединения до тех пор, пока его как следует не разогреют — выше 1000 градусов! Но с водой окись азота дает сильную азотную кислоту.

Куда более агрессивен шестой элемент, кислород. Вот уж неметалл так неметалл! С активными металлами он соединяется яростно, со взрывом. Только несколько самых стойких, благородных металлов, вроде золота, платины, серебра, не поддаются окислению.

Еще более активный неметалл — седьмой элемент, фтор. Он до такой степени активен, так цепко соединяется с другими веществами, что в то время, о котором идет речь, его никто еще не сумел выделить в свободном виде.

Казалось бы, конструируй мир атомов человек, он сделал бы восьмой элемент еще более активным неметаллом, чем фтор, но… на восьмом месте, рядом с фтором, стоял натрий, такой же и даже еще более активный щелочной металл, чем литий, с которого все началось. Круг замкнулся. А верней — с натрия элементы пошли на второй круг.

Девятый, магний, был подобен второму — бериллию. Десятый, алюминий — третьему, бору. Одиннадцатый, кремний — четвертому, углероду. И так вплоть до четырнадцатого, хлора подобного седьмому, фтору.

Менделеев взглянул на пятнадцатую карточку. Это был калий. Опять скачок, опять переход от медленного, постепенного изменения свойств к внезапному, резкому, контрастному: от самого активного неметалла к самому активному металлу. Элементы уходили на третий круг.

Так вот каким оно было — долго скрывавшееся от людских глаз соответствие между физическими и химическими свойствами атомов! Химические свойства зависели от атомного веса, они изменялись в соответствии с его изменением, но не однообразно, а периодически, сперва плавно, потом скачком, потом опять плавно, потом опять скачком и так далее.

Но скоро сказка сказывается, да не скоро дело делается…

ПУСТЫЕ МЕСТА

Собственно, только эти пятнадцать элементов пока не портили общую прекрасную картину.

Уже следующий за калием кальций, хоть и шел, подобно магнию, после очередного щелочного металла, но становиться в одну шеренгу с магнием и бериллием не желал. Для того чтобы мало-мальски прилично расположить другие семейства элементов — ванадия, ниобия, тантала или хрома, молибдена, вольфрама или меди, серебра, ртути — пришлось кальций, стронций и барий оторвать от других щелочноземельных элементов — бериллия и магния — и поставить отдельно дополнительной шеренгой.

И при этом получалось, что между бериллием и магнием стояло семь элементов, между магнием и кальцием тоже семь, а между кальцием и следующим щелочноземельным элементом стронцием — уже семнадцать.

То же самое получалось и с щелочными: литий от натрия и натрий от калия отделяли семь элементов, а калий от рубидия — семнадцать.

Почему в одном месте семь, а в другом семнадцать?

Непонятно. Но хорошо уж и то, что через семнадцать повторялись все семейства, что они подчинялись какому-то пусть непонятному, но одному и тому же закону.

Странно выглядело и положение первого, самого легкого элемента, водорода: он стоял особняком. Рядом с ним, одновалентным газом, не было ни двух-, ни трех-, ни четырех-, ни пяти-, ни шести-, ни семивалентных элементов, хотя от атомного веса водорода атомный вес его ближайшего соседа лития отделяли шесть единиц.

Это казалось странным потому, что между литием и его ближайшим соседом бериллием разница в весе едва превышала две единицы. И разница между бериллием и следующим за ним бором, между бором и следующим за ним углеродом, между углеродом и следующим за ним азотом и далее тоже была примерно в две единицы.

Но водород еще не разрушал весь порядок. В конце концов его можно поставить самым первым, как бы вывести за скобки. Правда, непонятно за что водороду такая честь. Но подобные вопросы следовало пока отложить.

Можно было "закрыть глаза" и на некоторые неясности с малоизученными элементами.

Например, по скудным сведениям об эрбии, иттрии, индии, тербии, церии, лантане, дидиме нельзя было судить об их химических свойствах. Их атомные веса совпадали с атомными весами других, и притом достаточно хорошо известных элементов. Например, атомный вес у индия значился около 75. Но именно таков был вес атома прекрасно изученного мышьяка. А эрбию приписывали атомный вес 56, такой же атомный вес был и у железа, изученного еще более подробно, чем мышьяк. Эти новые редчайшие элементы не входили в основные семейства и поэтому они пока особенно не метали. Придет время, их изучат получше, тогда все и утрясется.

Но был элемент, который входил в одно из главных семейств, обязан был входить по своим химическим свойствам, а вот по атомному весу не имел на это права. Речь шла о теллуре — тоже довольно редком, но все же неплохо наученном элементе. Очень похожем на селен, и вместе с ним входящем в одну семью с серой и кислородом.

По своему положению в шеренгах он мог располагаться только в одном месте; между сурьмой, принадлежащей к семейству кремния-углерода, и йодом из семейства галогенов. Но вот бода: атомный вес сурьмы 122, атомный вес йода 127, а вес атома теллура 128.

Что делать?

Менделеев поступил с теллуром точно так же, как еще раньше с бериллием — поставил куда следовало, не считаясь с его общепринятым атомным весом.

Правда, для бериллия было некоторое основание: исследования Авдеева. А с теллуром таковых не было, если не считать совершенно отчетливо проглядывающего, несмотря на все огрехи и непонятности, закона природы. Закона, связывающего скачкообразной, периодической зависимостью атомный вес элементов с их химическими свойствами.

Закон есть закон!

В данном случае диктовали химические свойства, а вес… вес мог быть определен неправильно.

Так же неправильно, по всей вероятности, определен был атомный вес редкого металла тория, потому что такой же вес значился у достаточно распространенного олова — 118.

Так или иначе, почти все карты нашли свое место. И символы элементов с их атомными весами значились на листке черновика, окруженные со всех сторон всевозможными пометками — следами размышлений и подсчетов.

Однако посередине таблицы зияла дыра — пустое место между мышьяком, цинком, оловом, ураном, кремнием, алюминием.

Занять пробелы соседними карточками было невозможно. Если влево сдвинуть стоящее справа от пустого места олово с атомным весом 118, то оно примкнет к мышьяку с атомным весом 75 — явная несуразность. Не может стоять после мышьяка и кремний: его атомный вес всего-навсего 28. И олово и кремний могли заполнять пустое место только одной ценой — уничтожением последовательности атомных весов элементов. Но тогда только что найденный закон превратился бы в полное беззаконие.

А если пустое место заняли бы соседи не с боков, а сверху либо снизу?

Нет, и это уничтожало закон. Опустившись вниз, мышьяк из своего семейства пятивалентных попадал бы в чуждое семейство, четырехвалентных. По той же причине не мог подняться и цинк, Если бы мышьяк или цинк это сделали, то было бы нарушено соответствие между атомными весами и химическими свойствами элементов.

Но не мог же строй элементов оставаться с пустыми местами!

 

Глава пятая,

в которой Менделеев преодолевает пропасть и наводит среди элементов порядок, которому, однако, подчиняются не все

ЧЕРЕЗ ПРОПАСТЬ

Менделеев пристально разглядывал пустое место в таблице элементов. Собственно говоря, это было не одно, а два пустых места: тут могли разместиться как раз две карточки. Одна встала бы в шеренгу углерода после кремния, а другая — в шеренгу бора после алюминия.

Нужны были именно две карточки, потому что и в семействе углерода, и в семействе бора не хватало третьего соседа. Так диктовала последовательность изменения химических свойств: не мог же сразу после кремния, настолько близкого к неметаллам, что его двуокись в соединении с водой дает кислоту, идти такой несомненный металл, как олово! Внутри семейства химические свойства элементов всегда изменялись плавно. Ведь не шла же сразу после фосфора сурьма или сразу после серы теллур. Нет, между ними стояли промежуточные по своим свойствам элементы: в первом случае мышьяк, во втором — селен. Вот и в семействах углерода и бора явно не хватало таких промежуточных элементов.

О нехватке именно двух элементов свидетельствовала и последовательность изменения атомных весов. Разница между ближайшими атомными весами в средней части строя либо один, либо два, либо, в крайнем случае, пять, а между цинком, атомный вес которого около 65, и мышьяком, атомный вес которого 75, разница в десять единиц? Что за пропасть? С чего бы это вдруг?

Менделеев еще раз перебрал карточки слабо изученных элементов. Но подойдет ли сюда один из них? Но по отрывочным сведениям трудно было утверждать что-либо определенное.

Если судить по атомным весам, то где-то в этом районе мог стоять индий. Атомный вес у него считался чуть большим, чем у мышьяка, а надо бы хоть на пяток единиц поменьше.

Или, может быть, иттрий? У него атомный вес 60, на пять единиц меньше цинка, а надо бы как раз на столько больше!

Или эрбий… Правда, атомный вес у него будто бы 56…

Менделеев взял ручку и на полях черновика попытался пересчитать атомные веса этих и некоторых других редчайших, малознакомых элементов. Но ничего нужного не получилось.

И все-таки с этой пустотой надо было что-то предпринимать! И он ставил туда то одну, то другую карточку — из тех, что не нашли себе подходящего места. И заносил их на черновик, заполняя тем самым пустоту в строю элементов. И снова зачеркивал их символы двумя или тремя тонкими черточками.

В конце концов, он перечеркнул их на листке жирно-жирно, отказавшись от попыток решить вопрос с помощью четвертой кучки слабо изученных элементов.

И стал думать о других, не таких зияющих, но все же, если приглядеться, заметных пустотах.

Первая — она уже и раньше бросалась в глаза — находилась между водородом и литием: целых шесть единиц разницы, а дальше разница шла всего в две единицы. Безусловно — пропасть.

Вторую пустоту он обнаружил после кальция. Атомный вес этого элемента был 40, а следующий атомный вес был 50 — у титана. И это в то время, как предыдущий, стоящий перед кальцием, калий отличался от него лишь на одну единицу. И на такую же единицу отличался от титана стоящий за ним ванадий. Единица — десятка — единица. Снова пропасть!

Не многовато ли?

И хорошо, что многовато! Была бы одна, это означало бы случайность. А раз не одна, раз много — значит, не случайно, значит, закономерно, значит, нечего и пытаться строить шаткие мостки, а надлежит шагнуть через пропасти?

И Менделеев сделал третий гигантский шаг.

Первый был — когда он поставил рядом калий и хлор. Второй — когда рассчитал истинный атомный вес бериллия.

Теперь он взял две чистые карточки, на одной написал"? = 70", на другой"? = 68" и заполнил ими зияющую в середине таблицы пустоту.

Пустые места, пропасти между элементами — это еще на известные, но, безусловно, существующие в природе сорта атомов. Это неоткрытые элементы!

Неплохо бы найти подходящие места и для нескольких редких элементов, чьи атомные веса дублируют атомные веса других, хорошо известных. Но тут он был бессилен. У него не хватало сведений: о тербии, например, Бунзен писал, что его вообще не существует.

Менделеев снова наклонился над столом, придвинул к себе уже весь исписанный лист бумаги, окружил на нем символ тербия жирным кружком и для памяти пометил: "не су по б", то есть "не существует по Бунзену".

Потом начал зачеркивать символы других, таких же сомнительных элементов, но на индии снова задержался, зачеркивать его символ не стал, а после минутного раздумья написал перед ним: "невзо", то есть "не взошли", не нашли себе места в таблице.

Все!

Менделеев встал с кресла, подошел к дивану, совсем уже без сил упал на него и, как был, не раздеваясь, заснул.

ПЕРВОЕ ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Сколько проспал он так — час, два, три — не известно.

Известно только, что в тот же день он переписал черновик набело, поставил на чистовике дату и отправил его в типографию.

А еще известно, что чистовик… не соответствовал черновику.

В черновике элементы были поставлены так, что их атомный вес уменьшался от начала к концу. А в чистовой таблице наоборот. Словно кто-то скомандовал строю элементов: "Кругом!"

Но кто это мог сделать в то время, когда автор таблицы спал? Или следует поверить тому, что написал в своих воспоминаниях Иностранцев? Может быть, новую таблицу элементов Менделеев и правда увидел… во сне?

Ничего сверхъестественного тут нет. Он спал — а мозг продолжал работать. После напряженного творчества так бывает нередко…

И, проснувшись, Менделеев мог не делать исправлений в черновике, а прямо набело переписал его так, как увидел во сне.

По сравнению с черновиком есть на этом листке с датой "17 февраля 1869 года" еще несколько изменений. По-видимому, больше всего в последние часы и минуты этого дня размышлял Менделеев о пропастях, о пустых местах. И он заполнил еще четыре таких пустых места цифрами атомных весов неоткрытых элементов. Одно — между водородом и литием, другое — между литием и бериллием (8), третье — между натрием и магнием (22), четвертое — между кальцием и титаном (45).

Перед тем как отослать листок в типографию, Менделеев первое дополнение — элемент между литием и водородом — зачеркнул.

Потом, через несколько дней, он распорядился убрать из таблицы и элементы с атомным весом 8 и 22.

Все же остальное так и осталось, как было на листке с датой "17 февраля 1869 года".

Первого марта отпечатанный в типографии "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" Менделеев разослал своим коллегам — российским и иностранным.

Разослав первый, во многом еще несовершенный "Опыт системы элементов", первую опытную конструкцию модели закона природы, согласно которому химические свойства элементов находятся в периодической зависимости от их атомного веса, Менделеев написал краткую статью о своем открытии для "Журнала Русского Химического Общества" и отправился наконец обследовать сыроварни.

Но, конечно, отключиться от периодического закона он не мог. И во время поездки, и после возвращения в Петербург, он продолжал уточнять и обосновывать наметившиеся закономерности в отношениях между элементами.

Он понимал, что никакой научный закон не будет признан, если он ограничивается объяснением уже известных фактов.

Даже закон всемирного тяготения, так замечательно объяснивший движение всех видимых тел, не мог считаться доказанным законом природы, пока французский астроном Урбен Жан Жозеф Леверье не предсказал на его основе, что неправильности в движении планеты Уран объясняются существованием еще не открытой планеты, которая движется вокруг Солнца так-то и так-то, и пока немецкий астроном Иоганн Галле не открыл эту предсказанную планету — Нептун — как раз в предсказанном месте…

Собственно говоря, первые предсказания Менделеев сделал уже в ходе открытия периодического закона.

Он предсказал, что атомный вес бериллия гораздо меньше, чем принятый исследователями, а именно превышает атомный вес водорода не в 13–14 раз, а примерно в 9. И что должны существовать еще неоткрытые элементы с атомным весом 45, 68 и 70.

Теперь следовало заняться этим подробно и тщательно.

Прежде всего было ясно, что в атомных весах очень многих элементов царит беспорядок. И в основном по той же причине, что привела к неправильному определению атомного веса бериллия.

Именно: многие химические элементы были еще плохо изучены. И конечно, хуже всего — очень редкие и позже других открытые элементы — те самые, что "невзо" в таблицу. А также, которые "взошли", но тем не менее выглядели в ней странно. Например, уран.

Его окись прекрасно соединялась со щелочами, совершенно так же, как окись хрома. Или как окись вольфрама. А вовсе по как окись бора или алюминия, в родственники которым он попал из-за своего атомного веса.

Бор и алюминии — трехвалентные, а хром и вольфрам — шестивалентные. Так что, если уран подобен хрому и вольфраму, а не бору и алюминию, то и он не трехвалентен, а шестивалентен. И значит, принятый химиками атомный вес его 120 на самом деле надо помножить на два, и будет он тогда 240, и окажется уран в таблице самым последним элементом.

И у многих из тех, которым вообще не нашлось в таблице места, на самом деле, вероятно, другой атомный вес.

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.

Ломал, ломал голову лорд Ролей и наконец обратился в почтенный журнал "Нейчер" ("Природа") с просьбой посоветовать ему что-нибудь. Но я редакция почтенного журнала не знала, в чем дело.

Услыхав о непонятных вещах, происходящих с обыкновенным азотом, да еще не где-нибудь, а в одной из лучших лабораторий мира, Уильям Рамзай приехал и Кембридж и сказал лорду Релею, что тут может быть только одна причина: в азоте из воздуха есть еще какая-то более тяжелая примесь.

Релей сначала не соглашался. Опыт Кавендиша был никому не известен. А предположить, что может быть еще менее активный газ, чем азот, Релей не мог. В таблице Менделеева для такого газа места не было.

Но Рамзай настаивал. Он даже брался провести все необходимые исследования.

Релей согласился.

Рамзай поехал к себе в Лондон и взялся за дело. Он знал, что нагретый магний легко поглощает азот, и воспользовался этим свойством магния для того, чтобы попытаться отделить от атмосферного азота более тяжелую примесь.

Сделал он так — взял трубку с медными стружками, раскалил и стал через нее пропускать воздух. Стружки почернели, значит, кислород соединился с медью. А все остальное Рамзан собрал в баллон.

Это все остальное он пропустил через известковую воду, чтобы она поглотила углекислый газ, который всегда в небольшом количестве есть в воздухе. Известковая вода стала белой.

Теперь Рамзай взял магниевые опилки и бросил их в сосуд. И принялся этот сосуд нагревать, чтобы связать азот с магнием.

Прошел час, другой, третий.

Рамзай измерил плотность оставшегося в сосуде газа: 16. Плотность азота равна 14. Значит, в сосуде было что-то тяжелее азота.

Рамзай продолжал опыт.

Через три часа он снова измерил плотность газа — она возросла до 17,5.

Еще три часа — и плотность поднялась до 19!

Рамзай отделил газ от опилок и, крепко сжимая сосуд, поспешил к спектроскопу.

Так и есть — в спектре этого тяжелого газа ярко светились не известные у других газов красные и зеленые линии. Новый элемент!

Несколько дней подряд раскалял Рамзай магниевые опилки в сосудах с азотом и, когда собрал наконец чуть не сотню кубических сантиметров нового газа, написал о своем открытии в Кембридж, лорду Релею.

Но пока Рамзай возился с магнием, лорд Релей тоже не дремал.

Не очень веря в успех, он все же решил провести собственные исследования. Про магний он не знал — он был не химиком, а физиком, — поэтому он стал связывать азот старым испытанным методом сэра Генри Кавендиша. Тем более, что электрический ток теперь получить было куда проще — существовали уже и аккумуляторные батареи, и динамо-машины. И неделями крутить ручку уже не приходилось.

И когда пришло письмо от Рамзая, у Релея тоже было накоплено немного такого же самого газа.

Все лето они исследовали новое вещество, а 13 августа 1894 года доложили о нем на съезде Британского общества естествоиспытателей в Оксфорде.

Они доложили, что газ этот еще более инертен, чем азот. Что с кислородом он не желает соединяться даже под действием электрических искр. И с магнием тоже не желает. И ни с какими другими веществами его тоже соединить не удалось. И что в отличие от атомов других газов — водорода, кислорода, того же азота, — его атомы не соединяются даже друг с другом. Они носятся не в виде двухатомных молекул, как все прочие газы, а прямо так, поодиночке!

В какое семейство можно было определить этот сверхинертный элемент? Такого семейства в таблице Менделеева не существовало!

И атомный вес был у нового газа престранный: чуть поменьше, чем у кальция, и безусловно больше, чем у калия. То есть он хотел затесаться между щелочным и щелочноземельным элементами. Худшего места нельзя было бы и придумать!

Когда британские естествоиспытатели выслушали все это, на съезде наступило довольно долгое молчание.

Первым нарушил его физик Оливер Лодж. Он спросил:

— Не открыли ли вы, господа, и название этого газа?

Ни Рамзай, ни Релей о названии еще не думали. Только накануне они убедились, что этот газ существует в виде отдельных атомов, а значит, он действительно элемент, а не какое-нибудь сложное вещество.

Тогда председательствовавший на съезде доктор Медан предложил назвать новый газ аргоном: в переводе с греческого это означало "недеятельный", или проще — "бездельник".

Загадку, которую аргон задал науке, полностью разгадать удалось только через двадцать лет. И совсем другим людям.

Но наполовину ее разгадал тот же Рамзай. И довольно скоро.

"…ЭТОТ КРАСИВЫЙ ГАЗ"

Вскоре после съезда, на котором Рамзай и Релей доложили о своем открытии, в Лондон приехал американский геолог доктор Гиллебранд.

Узнав об аргоне, он посетил Рамзая и рассказал ему, что недавно сам чуть не открыл новый элемент. Он исследовал минералы, которые содержат редкий элемент уран, и обнаружил, что все они при растворении в кислотах выделяют какой-то весьма недеятельный газ. И он, Гиллебранд, заикнулся было, что это новый элемент, но коллеги подняли его на смех. И действительно, газ оказался азотом.

— А в каком минерале этого азота больше всего? — спросил Рамзай.

— В клевеите, — ответил доктор Гиллебранд.

Клевеит, названный так по имени шведского химика Пера Клеве, — довольно сложный минерал, состоящий в основном из окислов тория и урана. Откуда там азот?

История эта показалась Рамзаю загадочной, и сразу после отъезда американца он стал искать образец клевеита. Это оказалось не просто — минерал был открыт недавно, встречался крайне редко, и вполне могло получиться так, что его не нашлось бы во всей Англии.

Но Рамзаю повезло: у одного торговца минералами он обнаружил две унции клевеита. Рамзай выложил 18 шиллингов, вернулся в лабораторию и попросил своего ученика Матьюса вскипятить минерал с серной кислотой и собрать выделившийся газ.

Матьюс был человеком аккуратным и все сделал как следует. У газа из клевеита оказался редкостный спектр! Ничуть не похожий ни на спектр азота, ни на спектр какого-нибудь иного земного вещества. Яркая светло-желтая полоска в нем была как две капли воды похожа да ту, которая 27 лет назад была обнаружена в спектре солнечного протуберанца.

Гелий? Да, гелий!

Прежде всего Рамзай нашел атомный вес "небесного вещества". Он оказался равен 4. Следовательно, место гелия было между водородом и литием.

Как жаль, что Менделеев зачеркнул на своем листке и не внес в свои дальнейшие прогнозы элемент, заполняющий эту брешь!

Рамзай продолжал исследование.

Он попробовал гелий поджечь. Но тот гореть не пожелал. И с водородом соединяться — тоже. И с хлором. И с калием…

Теперь аргон не выглядел круглым сиротой, бродягой без роду, без племени. Их было двое таких бездельников. Гелий стоял перед литием. Значит, аргон следовало поставить перед другим щелочным металлом. Ближе всего по атомному весу подходил калий. Значит — перед калием? Невзирая на то, что атомный вес у него был не меньше, а больше, чем у калия?

Тогда по примеру Менделеева можно было кое-что предсказать, Например, что перед натрием тоже должен находиться инертный элемент с атомным весом что-нибудь около 20. (Помните зачеркнутое Менделеевым 22?) И что перед рубидием будет открыт бездельник с атомным весом 84. А перед цезием еще один — с атомным весом 131…

Осенью 1897 года Рамзай выступил в Канаде с докладом об аргоне я гелии. И объявил, что существуют еще не открытые сопредставители той же группы. И что "по образцу учителя нашего Менделеева", — так сказал в своей речи Рамзай, — можно предсказать их свойства. И предсказал.

А уже в следующем году, приготовив побольше аргона и охладив его до жидкого состояния и постепенно выпаривая, нашел в нем всю недостающую троицу.

У всех трех были очень красивые спектры. Но особенно красивым оказался спектр одного из них — в нем было множество ярко-красных линий, вся трубка с газом светилась ярко-красным светом.

Как раз в это время в лабораторию вошел двенадцати летний сын Рамзая… Конечно, в наше время двенадцатилетние подростки не нашли бы в светящейся красным светом трубке ничего необычайного. Сейчас такую трубку можно увидеть вечером на любой большой улице. Но тогда…

— Папа, — закричал сын Рамзая, — как зовут этот красивый газ?

— Еще не решено, — сказал отец.

— Он что — новый?

— Новооткрытый, — уточнил отец.

— Почему бы в таком: случае не назвать его "новум"?

— Не подходит. Это латынь, а полагается греческое слово… Впрочем, отчего бы не назвать его неоном? Это по-гречески то же самое…

В отличие от историй о ванне, яблоках и прочих легендарных вещах и обстоятельствах, сопутствующих открытиям, у этой истории довольно надежный первоисточник: она рассказана самим Рамзаем.

Других собратьев гелия и аргона назвали криптоном и ксеноном — от греческих слов "скрытый" и "странный".

Неон встал в таблице Менделеева как раз перед натрием, криптон — перед рубидием, ксенон — перед цезием.

Новое семейство — нулевая группа элементов — очень уместно выглядело именно там, куда оно встало: между щелочными металлами, самыми активными из всех металлов, и галогенами, самыми активными из всех неметаллов.

Правда, с появлением нового семейства в таблице появился новый нарушитель последовательности атомных весов — аргон.

Но во-первых, он был не единственным нарушителем — до него уже были кобальт и теллур.

А во-вторых, разве это был единственный вопрос, который ставил перед наукой закон Менделеева?

ВОПРОС ВОПРОСОВ

Это только вначале так кажется — взойди на гору, и все откроется как на ладони.

С одной стороны, так оно и есть — с горы виднее.

Но с другой стороны, не совсем так, потому что перед взошедшим на гору расширяется горизонт. Линия, отграничивающая то, что мы видим, от того, чего мы не видим, стала много длинней. И за каждой точкой этой границы есть неизвестное.

С вершины открытого Менделеевым закона мир элементов был как на ладони.

Но почему он такой, этот мир?

Почему он начинается с водорода? Почему нет элемента легче? Или он еще не открыт?

Почему он кончается ураном? Почему нет элемента тяжелое, или его тоже еще не открыли?

Наконец, самый главный вопрос. Как образовались атомы разного сорта, если атомы не могут превращаться друг в друга, если они неделимы и вечны?

Новые вопросы означали конец целой эпохи в познании природы вещей. Однако новая эпоха еще не наступила. Невозможность превращения одних элементов в другие в ходе химических реакций была многократно доказана, а никаких иных реакции люди еще не знали.