Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева - Сэм Кин

В итоге такие интегральные схемы действительно избавили инженеров от кропотливого ручного труда. Поскольку все элементы были вырезаны из одного и того же блока, ничего паять больше не требовалось. На самом деле, вскоре такая пайка стала попросту невозможной, так как процесс вырезания интегральных схем оказалось легко автоматизировать. Стали появляться наборы микроскопических транзисторов – первые настоящие компьютерные чипы. Килби так и не получил заслуженного вознаграждения за свое достижение – один из протеже Шокли подал встречный патент, несколько более детальный, чем у Килби. Хотя он и опоздал на несколько месяцев, ему удалось отобрать права на изобретение у компании Килби. Но технологические энтузиасты по сей день воздают Килби должную славу инженера. В промышленной отрасли, где жизненный цикл изделия измеряется месяцами, микрочипы по-прежнему создаются тем же способом, принципиальные основы которого были заложены более пятидесяти лет назад. В 2000 году Килби наконец-то получил Нобелевскую премию за изобретение интегральной схемы[21].

Грустно лишь то, что ничто не смогло восстановить репутацию германия. Первая германиевая схема, изготовленная Килби, сегодня хранится в Смитсоновском институте, но на реальном техническом рынке германий оказался не у дел. Кремний гораздо дешевле и доступнее германия. Сэр Исаак Ньютон когда-то сказал, что своими успехами обязан тому, что стоял на плечах гигантов. Он имел в виду тех ученых, чьими достижениями воспользовался. Так и германий выполнил всю работу, чтобы кремний мог стать символом целой эпохи. Сам же германий остался рядовым и незаслуженно забытым обитателем периодической системы.

На самом деле, такая судьба постигла не только германий. Большинство элементов незаслуженно обойдены вниманием. Даже имена многих ученых, открывших многие элементы и заполнивших пустовавшие клетки, практически забыты. Но некоторые из элементов, в частности кремний, пользуются всемирной славой, которая не всегда оправданна. Когда ученые работали над первыми вариантами периодической таблицы, они уже замечали сходство между некоторыми элементами. Химические «триады», ярким примером которых является группа «углерод-кремний-германий», были первой подсказкой о существовании периодического закона. Но некоторые ученые оказались более восприимчивыми к деталям, чем коллеги, и смогли распознать неявные черты, объединяющие целые семейства элементов. В этом элементы напоминают нас с вами – ведь в некоторых семьях на протяжении многих поколений проявляется горбоносость или ямочки на щеках. Наконец, один ученый – Дмитрий Иванович Менделеев – смог отследить и спрогнозировать такие схожие черты у элементов. Он навеки вписал свое имя в историю как автор периодической таблицы.

3. Галапагосы периодической таблицы

Можно сказать, что история периодической системы – это история многочисленных ученых, благодаря которым таблица приобрела современный вид.

Первый из героев этой главы носит одно из тех имен, которые из собственных стали нарицательными. Когда мы встречаем в исторических книгах упоминания о докторе Гильотене, Чарльзе Понци[22], Жюле Леотаре[23] или Этьене Силуэте[24], мы невольно улыбаемся оттого, что кто-то действительно носил такую фамилию. Мы поговорим об одном из создателей периодической системы, заслуживающим особых похвал, так как его знаменитая горелка позволила продемонстрировать больше студенческих фокусов, чем любой другой лабораторный прибор. Может показаться невероятным, что наш герой, немецкий химик Роберт Бунзен, на самом деле не изобретал «свою» горелку, а просто немного ее усовершенствовал и популяризовал в середине XIX века. Но даже без этой горелки его жизнь оказалась полна всяких опасностей и катастроф.

В молодости Бунзен всерьез интересовался мышьяком. Хотя этот элемент № 33 был известен еще в античные времена (древнеримские отравители смазывали им инжир), немногие законопослушные химики имели представление о мышьяке. Все изменилось, когда Бунзен стал возиться с этим ядом в своих склянках. Сначала он работал с какодилатами – соединениями на основе мышьяка. Название «какодилат» происходит от греческого слова со значением «зловонный». Бунзен признавался, что какодилаты смердели так ужасно, что даже вызывали у него галлюцинации, «мгновенно провоцировали дрожание рук и ног, приводили даже к головокружению и потере чувствительности». Язык «покрывался черным налетом». Вероятно, ради собственной безопасности Бунзен вскоре синтезировал вещество, по сей день считающееся наилучшим противоядием от мышьяка, – гидроксид железа. Это соединение, похожее на ржавчину, связывается с мышьяком, попавшим в кровь, и выводит его от организма. Тем не менее Бунзен не мог уберечься от всех опасностей. Из-за случайного взрыва химического стакана с мышьяком ученый лишился правого глаза и остался полуслепым на оставшиеся шестьдесят лет жизни.

После этого случая Бунзен прекратил опыты с мышьяком и предался своей страсти к изучению естественных взрывов. Бунзена привлекало все, что с шумом вырывалось из земли, и он посвятил несколько лет исследованию гейзеров и вулканов. Он самостоятельно собирал их пары и кипящие жидкости. Кроме того, Бунзен соорудил у себя в лаборатории модель гейзера Старый Служака и выяснил, как в гейзерах нагнетается давление и образуется фонтан. Бунзен вновь занялся химией, поступив на работу в Гейдельбергский университет в 1850-х годах, и вскоре навечно вписал свое имя в историю науки, создав спектроскоп. Этот инструмент позволяет изучать состав вещества по спектру, который оно начинает излучать при нагревании. Каждый элемент периодической системы при нагревании дает узкие полосы в разных частях спектра. Например, атомы водорода всегда излучают красную, желто-зеленую светло-голубую и синюю полосы. Если вы нагреете какое-то неизвестное вещество и спектроскоп покажет, что в его излучении есть именно такие спектральные линии, то можно быть уверенным, что в веществе содержится водород. Это был фундаментальный прорыв в науке, первый способ проникнуть в суть экзотических соединений, не кипятя их и не разлагая в кислотах.

Собирая первый спектроскоп, Бунзен и его студент укрепили стеклянную призму внутри пустого ящика из-под сигар, чтобы исключить попадание света извне, а потом прикрепили сверху два окуляра от подзорных труб, чтобы заглядывать внутрь, как на диораме. Единственная серьезная проблема, с которой столкнулась спектроскопия на заре своей истории, – получить настолько горячее пламя, чтобы воспламенить анализируемые вещества. Поэтому Бунзен сконструировал еще одно устройство, за которое ему до сих пор благодарны все, кто хоть раз пытался расплавить пластмассовую линейку или пробовал поджечь карандаш. Бунзен позаимствовал у местного техника примитивную газовую горелку и приделал к ней клапан, контролировавший поступление кислорода. Если вы припоминаете, как возились с горелкой Бунзена на уроках химии и нажимали кнопочку снизу, – да, это тот самый клапан. В результате пламя горелки превратилось из неэффективного потрескивающего оранжевого огня в спокойный шипящий голубой язычок, который сегодня можно наблюдать на любой газовой плите.

Благодаря работе Бунзена работа над периодической таблицей стала быстро продвигаться. Сам Бунзен скептически относился к идее классификации элементов по их спектрам, но других ученых такой подход не смущал, и спектроскоп почти сразу стали применять для идентификации новых элементов. Не менее важно и то, что спектроскопия помогла отсеять многие ошибочные сообщения об открытии новых элементов – оказалось, что в ранее неизвестных соединениях некоторые элементы встречаются в необычных формах. Такой надежный способ определения состава веществ значительно способствовал пониманию строения материи на самом глубоком уровне. Тем не менее ученым требовалось не только находить новые элементы, но и упорядочить их в виде стройной системы. И здесь мы должны отметить очередной значительный вклад Бунзена в развитие периодической системы: в 1850-е годы он сформировал в Гейдельберге целую научную школу, представители которой выполнили важную подготовительную работу, заложив основы периодического закона. Среди них был наш следующий герой, Дмитрий Иванович Менделеев, которого весь мир знает как создателя периодической системы элементов.

На самом деле, Менделеев не создал свою таблицу с нуля, равно как и Бунзен – свою горелку. Было предпринято не менее шести попыток создать такую таблицу, и все эти проекты строились на «химическом сходстве» различных элементов, замеченном еще раньше. Менделеев попытался понять, как можно объединить все элементы в сравнительно небольшие группы простых веществ со схожими свойствами, а потом вывел из этих опытов с периодизацией элементов научный закон. В этом он подобен Гомеру, собравшему из разрозненных греческих мифов эпос «Одиссея». Наука нуждается в своих героях не меньше, чем любая другая область деятельности, и Менделеев стал протагонистом в истории периодической системы элементов. На это есть несколько причин.