Как были открыты химические элементы - Дмитрий Николаевич Трифонов

К читателям

Язык науки химии имеет свой алфавит. Его буквы — символы химических элементов; составленные из них слова — это самые разнообразные сочетания букв, бесчисленное разнообразие химических соединений. Их известно сейчас более четырех миллионов, каждую неделю это число увеличивается на шесть тысяч, и, наверное, не будет конца этому словообразованию в химии.

Отдельных букв — элементов несравненно меньше, сегодня их насчитывается всего сто семь. Чтобы составить алфавит химического языка, потребовалось несколько тысячелетий, но подавляющее большинство букв было расшифровано в последние двести лет. За этот короткий период и возникла фактически химическая наука.

Все химические соединения, из которых состоит живая и неживая природа, представляют собой многообразные сочетания восьмидесяти с небольшим элементов. Остальные известные ныне элементы в окружающем нас мире практически не существуют. Ученые создали их искусственным путем, с помощью ядерных реакций. На этом пути возможно получение новых элементов; сколько именно — мы не знаем. Но очевидно, что химический алфавит еще не исчерпан.

В книге будет дано описание того, как этот алфавит создавался, как пытливый ум исследователей позволял открывать — один за другим — все новые и новые химические элементы.

В наше время почти о всех химических элементах написано немало книг, и все вместе они составили бы большую библиотеку. В этих книгах рассказывается о том, в каких минералах и рудах встречаются химические элементы, как их оттуда извлекают, каковы их физические и химические свойства, как они служат человеку в его практической деятельности. Очень многие элементы вызывают удивление своей вездесущностью — разнообразием и неожиданностью областей использования на благо людей. Почти каждый элемент заявляет теперь о себе в полный голос, играет видную роль в современной научно-технической революции.

Но история химических элементов начинается с их открытия. Этим-то важным событиям обширные фолианты, в которых элементы подробно описаны, уделяют мало внимания. В то же время история открытия химических элементов — это большая часть истории человеческих знаний.

Приглашаем вас познакомиться с историями их открытий.

Каждый элемент имеет свою «биографию»; каждая «биография» по-своему интересна. История открытия многих элементов до сих пор не изучена в деталях, и немало спорных вопросов предстоит еще выяснить исследователям, изучающим историю химии. Быть может, кто-нибудь из вас в будущем окажется среди них…

ВВЕДЕНИЕ

Лет восемьдесят назад немецкий химик Клеменс Винклер, тот самый, кто открыл химический элемент германий, предсказанный Дмитрием Ивановичем Менделеевым под именем «эка-силиция», уподобил мир элементов театральным подмосткам, где непрерывно разыгрывается сцена за сценой, а элементы являются действующими лицами. Каждый элемент, говорил Винклер, играет свою собственную роль. Иногда это роль статиста, иногда главная.

Так характеризовал ученый значение элементов уже открытых и известных людям.

С точки зрения истории открытия не может быть элементов главных и второстепенных. Какой бы элемент мы ни взяли, ознакомление с ним, сам факт констатации его существования представляют важное историческое событие.

Поэтому нужно решить, в какой последовательности рассказывать об открытии элементов.

Можно двигаться от элемента к элементу в порядке увеличения их порядковых номеров: водород, гелий, литий… и так далее до элемента № 107, который еще не имеет названия. Или направить повествование по пути освещения истории открытия элементов, составляющих последовательные группы периодической системы Д. И. Менделеева. Или, наконец, расположить очерки об элементах согласно алфавитному порядку их названий.

Нам кажется, что все эти пути не очень удачны, так как существенно нарушается хронологическая последовательность открытий отдельных элементов. Ее-то мы и положим в основу изложения материала.

Но сначала четко уясним, что именно называется химическим элементом.

Элемент — это совокупность атомов, устроенных определенным образом. Атом состоит из ядра и окружающих его электронов. Ядро имеет целочисленный положительный заряд, обозначаемый латинской буквой Z. Этот заряд, в свою очередь, определяется числом содержащихся в ядре элементарных частиц — протонов. Заряд протона (положительный) равен заряду электрона (отрицательному). Значит, число протонов (Z) в ядре определяет число электронов в электронных оболочках атома. Химические свойства элементов, их индивидуальное поведение зависят от того, как электроны распределены по оболочкам. Следовательно, заряд ядра Z определяет сущность данного химического элемента. Добавим, что величина Z численно равна порядковому номеру элемента в периодической системе элементов. Например, ядро атома кислорода (порядковый номер 8) несет положительный заряд, равный 8, т. е. содержит восемь протонов.

Таким образом, элемент есть совокупность атомов с одинаковым зарядом ядра Z, который определяет место его (элемента) в периодической системе Менделеева.

Могут ли атомы одного и того же элемента отличаться друг от друга? Оказывается, да. Ведь в состав ядра, помимо протонов, входят нейтроны. По массе они мало отличаются от протонов, но в отличие от последних не несут никакого заряда: они нейтральны. Нет ядер, не содержащих нейтронов (кроме ядра атома самого легкого элемента — водорода, состоящего из единственного протона; однако есть и ядра разновидностей водородных атомов, включающие и нейтроны). Суммарная масса ядерных протонов и нейтронов фактически определяет массу атома, потому что массы электронов очень малы (электрон в 1840 раз легче протона). Разновидности атомов данного элемента, ядра которых содержат разное число нейтронов, называются изотопными атомами или изотопами. Греческое слово «изотоп» означает «одинаковоместный», т. е. все изотопы одного и того же элемента занимают одно и то же место в периодической системе. Примерно три четверти существующих в природе элементов имеют изотопы, или, как говорят, представляют плеяду изотопов. Остальные — так называемые элементы-одиночки. Для них в природе известна только одна разновидность, один сорт атомов.

Но при всей своей, казалось бы, определенности понятие «химический элемент» довольно отвлеченное, обозначающее именно совокупность атомов с данным зарядом ядра. В действительности мы имеем дело с элементами как составными частями различных химических соединений либо находящимися в виде простых веществ. Простое вещество — это форма существования элемента в свободном виде, позволяющая представить себе его внешний облик. Некоторые элементы существуют в природе только в виде простых веществ, другие — и как простые вещества и в составе соединений и, наконец, третьи встречаются исключительно в соединениях с другими элементами. Представители последней группы наиболее многочисленны. Форма существования элементов в природе сыграла важную роль в истории их открытия.