Превращение элементов - Борис Казаков

Гелий обнаружен на Земле. 23 марта 1895 г. мир узнал об этом событии из публикации Рамзая. Прошло всего лишь полмесяца, и тот же Бертло получил послание от шведского химика Ланглэ, из которого следовало, что клевеит открыл свою тайну не только Рамзаю: Ланглэ тоже нашёл в нём гелий.

«Благородные» газы повели себя на первых порах совсем не благородно: кое-кому из химиков они внушили мысль, что поскольку им нет места в таблице Менделеева, то и у самого периодического закона нет права на жизнь. А Браунер и итальянские химики Р.Назини и А.Пиччини высказались в том смысле, что «бесполезны попытки применить к аргону и другим инертным элементам периодический закон, так как элементы эти лишены самого основного свойства, на котором построена вся система, — способности давать соединения, и не могут встать в такую классификацию, где основанием является именно форма соединения элементов».

Закон не отрицался, но для инертных газов делалось исключение: они ему «не подведомственны».

Всё это, конечно, волновало Менделеева, и в августе того же года он побывал в Англии и Франции, где беседовал о новых газах с Рамзаем, Бертло и другими учёными. О своей поездке он доложил на заседании Русского физико-химического общества. О гелии, который он ранее назвал «воображаемым», Менделеев сказал, что хотя о природе его известно мало достоверного, тем не менее он — нечто блистательное; спектр его ярок, оригинален, и можно только порадоваться, что удалось его открыть. Это о гелии, а об аргоне? «Нельзя отрицать, что с аргона началась новая эра в химии», однако «оба (Рамзай и Бертло. — Б.К.) говорят откровенно, что они решительно не знают, что такое аргон».

Рамзай на этот раз оказался более последовательным менделеевцем, чем Браунер, а может быть, и чем сам Менделеев. Он нисколько не сомневался в том, что аргон «даёт новое доказательство закона периодичности». Недаром впоследствии Менделеев «причислил его к лику укрепителей периодического закона», наравне с Буабодраном, Нильсоном, Винклером.

Рамзай не согласился с мнением Менделеева о том, что аргон — «конденсированный азот», и придерживался мысли, что он — смесь газов. Он энергично продолжал погоню за гелием, решив, что если этот элемент обнаружен в клевеите, то он должен присутствовать и в воздухе. Надо было как-то обойти затруднения, заключающиеся в том, что ни гелий, ни аргон нельзя с чем-то соединить, а стало быть, и разделить. Рамзай прибегнул к дробной перегонке: заморозил воздух до жидкого состояния (благо к тому времени была сконструирована нужная холодильная машина), после чего дал ему испариться, справедливо полагая, что это приведёт к разделению замороженного воздуха на составные части. Учёного поджидала неприятность: он упустил гелий, который испарился с воздухом, но тут же был «приятно разочарован», когда при спектральном анализе остатка увидел линии, принадлежащие аргону, и, кроме того, совершенно новые. Так был открыт новый благородный газ. Рамзай окрестил его именем, которое первоначально предназначалось гелию, — криптон. Гелий в воздухе он также нашёл, после чего в одной из публичных лекций отозвался об этом событии так: «Поиски гелия напоминают мне поиски очков, которые старый профессор ищет на ковре, на столе, под газетами — и находит у себя на носу. Гелий очень долго искали. А он был в воздухе!»

К этому времени были сконструированы более мощные холодильные машины, которые позволили Рамзаю открыть ещё два благородных газа — неон и ксенон.

Но по-прежнему ни для одного из инертных газов не находилось места в таблице Менделеева.

В начале 1900 г. бельгийский химик Эррера официально предложил выделить пять новых инертных газов в особую нулевую группу элементов. К такому мнению склонялись и Рамзай, и Крукс, и ряд других учёных. С этим согласился и Менделеев. В 1903 г. он констатировал: «Испытание было критическим как для периодической системы, так и для аналогов аргона. Оба новичка с блеском выдержали это испытание, т. е. атомные веса (по плотности), из опыта найденные для гелия и его аналогов, оказались прекрасно отвечающими периодической законности».

И тут нельзя не упомянуть о том, что задолго до того, как столь благополучно закончилось испытание периодического закона, в Шлиссельбургской крепости, этой мрачной темнице, куда русские цари прятали своих врагов и беззаветных борцов с самодержавием, учёный и революционер Н.А.Морозов пришёл к мысли о существовании группы инертных газов. Он предсказал даже их атомные веса, но об этом мир узнал, когда Морозов вышел на свободу и опубликовал книгу «Периодическая система строения вещества».

Итак, всё стало на свои места. Менделеев мог с полным правом впоследствии написать: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает… рамзаевские подтверждения всего многозначительнее». Предположение некоторых учёных о том, что первоначалом всех элементов является обнаруженный на Солнце гелий, было самым убедительным образом опровергнуто. Атомный вес водорода не превышал атомный вес гелия, наоборот, последний был в четыре раза тяжелее.

Приступ лучевой лихорадки

Химик «без знания физики подобен человеку, который всего искать должен ощупом. И сии две науки так созданы между собой, что одна без другой в совершенстве быть не могут».

Это слова великого русского ученого М.В.Ломоносова.

Химики нашли общий язык с физиками, по выражению известного современного учёного и писателя Айзека Азимова, ещё с первых представлений о существовании атомов вещества, т. е. начиная с Левкиппа и Демокрита. Но химия шла своим путём, физика — своим, их пути пересекались очень часто, и, когда это случалось, рождались новые идеи и открытия.

Химический конгресс в Карлсруэ был столь плодотворен именно потому, что химики согласились опереться на физическую теорию Авогадро.

Неоценимую помощь химическим исследованиям дал физический метод спектрального анализа.

Физические измерения теплоёмкости во многом помогли химикам в установлении атомных весов.

Химию и физику соединил в своих работах Фарадей. Таких примеров можно приводить очень много. Взаимопроникновение этих наук с течением времени всё увеличивалось, и это способствовало исключительно быстрому развитию представлений о веществе.

В 1803 г. на полках книжных лавок Петербурга появился труд профессора физики Медико-хирургической академии В.В.Петрова «Известия о гальвани-вольтовских опытах». Несмотря на то что содержание книги было чисто научным, её распространили в предельно короткие сроки. Историки науки уже в XX столетии могли с сожалением отметить, сколь несправедливо забыты заслуги замечательного русского учёного, предвосхитившего многие открытия, признанные потом эпохальными. Среди таких открытий были и электрическая дуга, и различные формы газового разряда. Как сообщал В.В.Петров, наблюдая «светоносные» явления в воздухе, он заинтересовался вопросом: «…может ли свет, которым часто сопровождается течение гальвани-вольтовской жидкости, оказываться в безвоздушном месте?»

Что с того, что на заре электротехники электрический ток понимался как «течение жидкости»? Важно, что и такие представления не помешали поставить замечательные опыты. Петров наблюдал, как мы сказали бы сейчас, электрический разряд в вакууме. Откачав воздух под стеклянным колпаком до 7-10 миллиметров ртутного столба, он увидел, как между электродами возникло «светоносное пламя… а иголка (один из электродов. — Б.К.) по всей длине оставалась раскалённой». Внимательно изучив это явление, Петров установил, что разряд «тем сильнее становился, чем чище был вытягиваемый воздух из колокола». Спустя три десятка лет, ничего не зная об опытах Петрова, занялся изучением тех же вопросов Фарадей и пришёл к тем же выводам, что и русский академик: «Разрежение воздуха удивительно благоприятствует явлениям светящегося разряда».

Пропуская электрический ток через стеклянную трубку, в которую были вмонтированы электроды, Фарадей увидел, что при низком давлении у анода появляется фиолетовое свечение; светился и катод, но промежуток между ними оставался тёмным. Этот промежуток получил у других исследователей наименование «фарадеевого пространства».

Дальнейшему углублению в суть явления мешало отсутствие надлежащей технической базы. В частности, существующие в то время поршневые насосы не позволяли достигать достаточно высокой степени разрежения. Но это были временные трудности.

В 1856 г. боннский профессор Ю.Плюккер заказал небольшую стеклянную трубку для разреженных газов известному тогда стеклодуву Гейсслеру. Включив трубку в электрическую цепь, он, как и другие до него, наблюдал свечение и отклонение стрелки гальванометра. Но Гейсслер сконструировал и ртутный насос, с помощью которого можно было достигать в трубке значительно большего вакуума, чем ранее. Работая с трубкой Гейсслера последней конструкции, Плюккер увидел в ней уже не бледное свечение, а светящийся столб, который заполнил всё её пространство.