Как были открыты химические элементы - Дмитрий Николаевич Трифонов

случайный характер. В самом деле, обнаружение галлия П. Лекоком де Буабодраном прямо связано с его спектроскопическими исследованиями, а выделение скандия Л. Нильсоном и П. Клеве лежало в русле работ по РЗЭ, которые в те годы развертывались особенно интенсивно.

Предсказывая экасилиций, Д. И. Менделеев предполагал, что он будет найден в минералах, содержащих Ti, Zr, а также Nb и Та, и даже сам решил заняться экспериментами по анализу редких минералов с целью поисков предсказанного элемента. Но ему не пришлось этого сделать, и прошло почти 15 лет, прежде чем был открыт, наконец, экасилиций.

Летом 1885 г. на прииске Химмельфюрст, близ Фрейберга, в Германии, был обнаружен новый минерал. Он получил название аргиродита, поскольку химический анализ обнаружил присутствие серебра (латинское название «аргентум»). Однако точный состав минерала определить не удавалось, и Фрейбергская горная академия обратилась к химику К. Винклеру с предложением взять на себя подобное исследование. Нельзя сказать, что анализ аргиродита причинил ему много хлопот. Сравнительно быстро К. Винклер выделил его составные части. Минерал содержал 74,72% серебра, 17,43% серы, 0,66% оксида железа (II), 0,22% оксида цинка, 0,31% ртути. Неувязка заключалась в следующем: в сумме эти числа давали 93,04%, но никак не 100%. Сколько ни повторял К. Винклер анализ аргиродита, 6,96% вещества всегда куда-то исчезали.

Тогда К. Винклер предположил, что это постоянно исчезающее количество относится к содержащемуся в минерале неизвестному химическому элементу. Идея вдохновила ученого, он начал скрупулезные исследования, и в феврале 1886 г. развернулись основные события, связанные с открытием экасилиция.

6 февраля в докладе Немецкому химическому обществу К. Винклер сообщил, что ему удалось получить некоторые соединения нового элемента и выделить его в свободном состоянии. Сообщение ученого было напечатано и послано во многие научные учреждения мира. Вот какой текст получило Русское физико-химическое общество: Подписавшийся имеет честь известить Русское физико-химическое общество, что он в аргиродите нашел новый неметаллический элемент, близкий по свойствам к мышьяку, сурьме, который он назвал германием. Аргиродит представляет новый минерал, открытый Вейсбахом во Фрейберге и состоящий из серебра, серы и германия.

Три обстоятельства в этом тексте заслуживают внимания: во-первых, то, что К. Винклер считает новый элемент неметаллом; во-вторых, то, что предполагается его аналогия с мышьяком и сурьмой, и, в-третьих, то, что он уже имеет определенное название. Первоначально К. Винклер думал о другом названии (нептуний), но оказалось, что это название уже «занято» (оно было дано ошибочно открытому элементу). Тогда К. Винклер предложил германий (в честь Германии). Оно и осталось в истории, хотя и не сразу было принято всеми химиками.

Как выяснилось позже, германий в значительной степени амфотерен, в связи с чем его характеристика как неметалла не может считаться целиком неправильной. Куда острее явилась полемика о том, аналогом какого элемента в системе является германий. В первом своем сообщении К. Винклер называл мышьяк и сурьму. Среди первых откликов на открытие было письмо немецкого химика В. Рихтера, в котором тот прямо писал К. Винклеру, что, по всей вероятности, германий тождествен экасилицию. Видимо, мнение В. Рихтера повлияло на точку зрения автора открытия германия. В письме Д. И. Менделееву от 26 февраля он уже прямо заявлял: «Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей, замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с экасилицием».

Так писал К. Винклер в ответ на поздравительное письмо Д. И. Менделеева. Характерно, что аналогию: сурьма–германий Д. И. Менделеев считал неправильной. Однако он и не считал германий экасилицием. По всей видимости, его удивил природный источник нового элемента, не имеющий ничего общего с предполагавшимися Д. И. Менделеевым ранее (руды титана и циркония). Автор открытия периодического закона предложил иную гипотезу: германий есть аналог кадмия — экакадмий.

Если природа галлия и скандия не внушала Д. И. Менделееву сомнений, то в отношении германия он проявил определенные колебания. Правда, они не были долгими, уже 2 марта Д. И. Менделеев телеграфировал К. Винклеру о признании тождества германия и экасилиция.

Вскоре в «Журнале русского физико-химического общества» была напечатана обстоятельная работа К. Винклера: «Германий — новый элемент». Она стала новой иллюстрацией блестящих совпадений предсказанных свойств экасилиция с действительными свойствами германия.

О ПРОГНОЗИРОВАНИИ НЕИЗВЕСТНЫХ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Истории открытий галлия, скандия и германия свидетельствуют о том, что на сами процессы этих открытий закон периодичности и периодическая система фактически никак не повлияли. Но ведь те свойства, которые предсказывал Д. И. Менделеев для экаалюминия, экабора и экасилиция, совпали со свойствами, экспериментально найденными для галлия, скандия и германия. Все основное об этих элементах Д. И. Менделеев узнал задолго до их обнаружения в природе. Это ли не ярчайшее свидетельство прогностических возможностей, заложенных в менделеевской периодической системе!

Открытие галлия и установление его тождества с экаалюминием стали большими событиями в истории периодического закона и в истории открытия элементов. После 1875 г. к периодической системе стали со вниманием относиться даже те ученые, которые раньше вообще ее игнорировали. А среди них были исследователи самого высокого класса, например, такие, как Р. Бунзен — создатель спектрального анализа (он как-то обронил, что классифицировать элементы — это то же самое, что искать закономерности в числах биржевых бюллетеней) или П. Клеве (он в своих лекциях ни разу не упомянул о периодической системе). Открытия скандия и германия способствовали дальнейшему триумфу учения Д. И. Менделеева о периодичности.

Кроме этой классической триады, Д. И. Менделеев предвидел существование еще нескольких неизвестных элементов. В целом около десяти пробелов в своей системе отметил ученый еще в 1870 г. Он видел пустоты в седьмой группе, где вообще не было аналогов марганца и отсутствовал тяжелый аналог иода (самый тяжелый галоген, который уже должен был обладать свойствами металла).

В трудах Менделеева мы встречаем упоминания об эка-, дви- и тримарганце и об экаиоде. Ученый был твердо уверен в их существовании. Но здесь мы сталкиваемся с любопытным моментом в проблеме прогнозирования. Ведь экамарганец (будущий технеций) и экаиод (будущий астат) были искусственно синтезированы. Д. И. Менделеев же, естественно, не мог знать об их отсутствии в природе, он был убежден в том, что они должны существовать, ибо они дополняли структуру периодической системы, делали ее логичнее и стройнее.

Прогнозирование включает в себя две последовательные стадии: предсказание того, что данный неизвестный элемент существует в природе, и предсказание важнейших свойств этого элемента. Первую стадию Д. И. Менделеев во многом вынужден был осуществлять наугад.