Занимательно о химии - Власов Лев Григорьевич

Еще один штрих, на сей раз совершенно удивительный. Ученые теоретически доказали: если бы существовал тяжелый аналог ртути (элемент с очень большим порядковым номером, неизвестный на Земле обитатель воображаемого восьмого этажа Большого дома). то его естественное состояние при обычных условиях было бы газообразное. Газ, обладающий химическими свойствами металла! Удастся ли когда-нибудь ученым познакомиться с таким уникумом?

Свинцовую проволоку можно расплавить в пламени спички. Оловянная фольга, брошенная в огонь, моментально превращается в каплю жидкого олова. А вот чтобы превратить в жидкость вольфрам, тантал или рений, приходится поднимать температуру выше 3000 градусов. Эти металлы расплавить труднее, чем все прочие. Вот почему нити накаливания в электрических лампах делают из вольфрама и рения.

Температуры кипения некоторых металлов достигают поистине грандиозных величин. Скажем, гафний закипает при 5400 градусах (!) — это почти температура поверхности Солнца.

Какое первое химическое соединение сознательно получил человек?

Историки науки не могут ответить с полной определенностью.

Мы рискнем сделать собственное предположение.

Первым веществом, которое люди приготовляли, заранее зная, что они хотят получить, было… соединение двух металлов — меди и олова. Мы сознательно не употребили слово «химическое». Потому что соединение меди и олова (а это самая обыкновенная, всем известная бронза) необычное. Оно называется сплавом.

Древние люди научились сначала выплавлять металлы из их руд, а уже затем сплавлять друг с другом.

Так на заре цивилизации появились зерна одной из отраслей будущей науки химии. Ее называют теперь металлохимия, или химия металлов.

Строение соединений металлов с неметаллами обычно определяется валентностью входящих в них элементов. Скажем, в молекуле поваренной соли содержится положительно одновалентный натрий и отрицательно одновалентный хлор. В молекуле аммиака NH 3отрицательно трехвалентный азот связан с тремя положительно одновалентными атомами водорода.

Химические соединения металлов друг с другом (их называют интерметаллическими соединениями) законам валентности обычно не подчиняются. Их состав не связан с валентностью реагирующих элементов. Поэтому формулы интерметаллических соединений выглядят довольно странно, например MgZn 5, KCd 7, NaZn 12и так далее. Одна и та же пара металлов часто может образовывать несколько интерметаллических продуктов, скажем, натрий с оловом дают девять таких удивительных образований.

Металлы могут взаимодействовать между собой, как правило, в расплавленном состоянии. Но не всегда сплавляемые металлы образуют друг с другом химические соединения. Иногда один металл просто растворяется в другом. Образуется однородная смесь неопределенного состава, ее не удается выразить четкой химической формулой. Такую смесь именуют твердым раствором.

Сплавов огромное количество. И никто еще не взял на себя труд хотя бы приблизительно подсчитать, сколько их уже известно и сколько вообще может быть получено. Здесь снова «пахнет» миллионами, как в мире органических соединений.

Известны сплавы, состоящие из доброго десятка металлов, и каждая новая добавка по-своему влияет на свойства. Известны сплавы из двух металлов — биметаллические, но в зависимости от того, сколько какого компонента взято, свойства будут различными.

Одни металлы сплавляются очень легко и в любой пропорции. Таковы бронза и латунь (сплав меди с цинком). Другие ни при каких условиях не желают сплавляться, например медь с вольфрамом. Ученые все же приготовили их сплав, но необычным путем, методом так называемой порошковой металлургии: спеканием медного и вольфрамового порошка под давлением.

Существуют сплавы жидкие при комнатной температуре и сплавы исключительно жаростойкие, которые охотно берет на вооружение космическая техника. Немало, наконец, таких сплавов, что не разрушаются под действием даже самых сильных химических реагентов, и сплавов, по твердости лишь немного уступающих алмазу…

Кибернетические машины могут многое. Они научились играть в шахматы; предсказывать погоду; выяснять, что происходит в недрах далеких звезд; производить расчеты совершенно невообразимой трудности. Только умей задать им программу действий. И все крепче становится дружба кибернетики с большой химией. Огромные заводы-автоматы, управляемые счетно-вычислительными машинами. Множество химических процессов, о которых исследователям все становится известным ранее, чем эти процессы осуществят на практике…

Но есть в распоряжении химиков одна совершенно необычная «кибернетическая» машина. Она была изобретена около ста лет назад, когда и само слово «кибернетика» отсутствовало в языках народов мира.

Эта удивительная машина — периодическая система элементов.

Она позволила ученым делать то, на что ранее не отваживались даже самые дерзкие из исследователей. Периодическая система дала возможность предсказывать существование элементов, еще не известных, еще не открытых в лабораториях. Мало предсказывать. Она выдавала данные о том, какими свойствами будут обладать эти незнакомцы. Окажутся они металлами или неметаллами. Будут тяжелыми, как свинец, или легкими, как натрий. В каких земных рудах и минералах следует искать неизвестные элементы. Даже на эти вопросы давала ответ «кибернетическая» машина, изобретенная Менделеевым.

В 1875 году французский ученый Поль Лекок де Буабодран сообщил коллегам важную новость. В цинковой руде ему удалось обнаружить примесь нового элемента, маленькую крупинку весом не более грамма. Опытный исследователь со всех сторон изучил свойства галлия (такое имя получил «новорожденный»). И как полагается, напечатал об этом статью.

Прошло немного времени, и почта доставила Буабодрану конверт со штемпелем Санкт-Петербурга. В коротком письме французский химик прочитал, что корреспондент целиком и полностью согласен с его результатами. Кроме одной детали: удельный вес галлия должен быть не 4,7, а 5,9.

Под текстом стояла подпись: Д. Менделеев.

Буабодран заволновался. Неужели русский титан химии опередил его в открытии нового элемента?

Нет, Менделеев не держал в руках галлия. Он просто умело воспользовался периодической системой. Ученый уже давно знал, что в таблице, на том месте, где нашел место галлий, должен был рано или поздно оказаться неизвестный элемент. И предварительное имя дал ему Менделеев: «экаалюминий». И химическую природу исключительно точно предсказал, зная свойства его соседей по периодической системе…

Вот как Менделеев стал первым «программистом» в химии. Еще с добрый десяток неизвестных элементов предсказал Менделеев и с большей или меньшей полнотой описал их свойства. Их имена: скандий, германий, полоний, астат, гафний, рений, технеций, франций, радий, актиний, протактиний. И к 1925 году многие из них были успешно открыты.

В двадцатых годах нашего столетия физика и химия могли похвастать грандиозными успехами. За каких-то два десятилетия эти науки едва ли не достигли большего, чем за всю предшествующую историю человечества.

А дело открытия новых элементов вдруг застопорилось. В периодической системе было еще несколько «пробелов», которые предстояло заполнить. Им соответствовали клетки с номерами 43, 61, 85 и 87.

Но что же это за странные элементы, которые никак не хотели вселяться в периодическую систему?

Незнакомец первый. Элемент седьмой группы. Его порядковый номер 43. Расположен в таблице между марганцем и рением. И по свойствам должен быть подобен этим элементам. Искать его следовало в марганцевых рудах.