В 50-х годах прошлого столетия в университете немецкого города Гейдельберга работал Роберт Бунзен, профессор химии, неутомимый экспериментатор и исследователь.
Бунзен был замечательным мастером химического анализа. Он непрестанно придумывал все новые и новые остроумные способы, как быстрее и точнее узнавать состав различных веществ. И к нему со всех концов мира съезжались молодые химики и студенты, чтобы научиться этому тонкому искусству.
В 1854 году в Гейдельберге построили газовый завод и в лабораторию Бунзена провели газ. Надо было обзаводиться газовыми горелками. Бунзен испробовал горелки разных конструкций, но ни одна из них его не удовлетворила. Тогда он сам смастерил новую замечательную горелку.
Горелка Бунзена не коптела, и ее можно было регулировать как угодно. Она могла давать то очень жаркое пламя, то менее жаркое, но зато большое по размеру. Можно было по желанию оставить совсем маленький язычок огня, и все равно он не потухал.
Этой удивительно простой и удобной горелкой еще и по сей день пользуются во всех лабораториях мира. Она так и называется — бунзеновская горелка.
Бунзен вообще очень любил возиться с огнем. Он был большой мастер выдувать из раскаленного стекла различные химические приборы. Он иногда часами сидел у стола с кузнечными мехами, раздувая паяльный огонь. Его огромные руки ловко вертели стекло в пылающем пламени. С увлечением он дул в огненную стеклянную массу, придавая ей самые причудливые формы.
Когда Бунзен паял и выдувал стекло, он не мог не заметить, как то и дело меняется цвет пламени. Особенно это ему стало бросаться в глаза тогда, когда он начал пользоваться своей газовой горелкой.
Обыкновенно она давала чуть заметное синеватое пламя, но как только он вносил в это бесцветное пламя стеклянную трубку, оно становилось желтоватым.
Если пламя проскакивало внутрь и медь горелки раскалялась, пламя окрашивалось в зеленый цвет. А от кусочка соли калия оно становилось розовато-лиловым.
Бунзен как-то пробовал совать в пламя на платиновой проволоке самые различные вещества. И что же? Бесцветное газовое пламя окрашивалось в самые нарядные цвета.
Крупинка стронциевой соли давала ярко-малиновый огонь, кальций — кирпично-красный, барий — зеленый, натрий — ярко-жёлтый.
Бунзен знал, что некоторые химики давно уже пытались по цвету пламени узнавать состав вещества. Но это им плохо удавалось, потому что у них были только спиртовки, а спиртовое пламя имеет свой собственный цвет. В бесцветном же пламени бунзеновской горелки все выступало очень ясно.
Бунзен хорошо знал, сколько хлопот и канители представляет обыкновенный химический анализ. Чтобы докопаться, из каких элементов состоит какое-нибудь вещество, нужно возиться с ним часами, а иногда и несколько дней. А тут вдруг есть совсем простой способ: сунул в пламя крупиночку вещества, и все становится ясно, как на ладони.
Но вот какое было затруднение.
Хорошо, если вещество содержало, скажем, соль одного только калия или одного только стронция и никаких примесей. Тогда пламя приобретало чистый, отчетливый лиловый или малиновый цвет. Но если в состав исследуемого вещества входило несколько различных элементов, как это почти всегда и бывает, тогда даже в чистом пламени бунзеновской горелки трудно было что-нибудь разобрать: один цвет забивал другой.
Бунзен пытался придумать такой способ, который позволил бы различать каждый цвет в отдельности. Ему очень хотелось найти быстрый и легкий способ анализа.
В то время в Гейдельберге жил профессор физики Густав Кирхгоф, близкий и неразлучный друг Бунзена.
Во время одной из совместных прогулок Бунзен рассказывал о своих наблюдениях Кирхгофу.
— Как же ты узнаешь лиловый цвет калия или красный цвет лития, если его забивает, например, желтое пламя натрия? — спросил тот.
— А я рассматриваю пламя через синее стекло, — отвечал Бунзен. — Сквозь него желтого не видно, а лиловый лучше выступает. Впрочем, и это не всегда удается, и к тому же надо очень хорошо приучить глаз.
— Нет, я как физик поступил бы на твоем месте по-другому, — сказал Кирхгоф. — По-моему надо смотреть не прямо на пламя, а на его спектр. Тогда картина будет гораздо отчетливее.
— А ведь, пожалуй, ты прав. Стоит попробовать, — сказал Бунзен. — Хочешь работать над этим вдвоем?
Этот разговор происходил ранней осенью 1859 года. Он имел для науки исключительно важные последствия.
Но прежде чем рассказать об этих последствиях, нам надо еще познакомиться с тем, что такое спектр.
ЗАЧЕМ ИСААК НЬЮТОН ЛОВИЛ «ЗАЙЧИКОВ»
Шел 1666 год. В тихом английском городе Кембридже молодой ученый Исаак Ньютон несколько дней подряд предавался очень странному занятию: он ловил солнечных «зайчиков».
Ньютон просиживал один долгие часы в темной комнате. Он тщательно занавесил все щели, заставил окна плотными ставнями и в одном из ставней проделал маленькую круглую дырку величиной с крупную горошину. Через это отверстие в черный мрак комнаты врывался узкий пучок солнечных лучей.
В руке Ньютона была треугольная стеклянная призма обыкновенный кусок стекла с тремя ровными гранями. Время от времени Ньютон вставлял эту стекляшку в пучок солнечных лучей, и, как только она становилась на их пути, на стене мгновенно исчезал белый круглый «зайчик», и вместо него появлялась длинная многоцветная полоса.
— Куда же делся белый свет? — в недоумении спросил себя Ньютон, когда он и первый раз увидел это непонятное превращение.
Ньютон повторял опыт еще и еще. И всякий раз получалось одно и то же: до призмы солнечные лучи светились обыкновенным белым светом, а когда они выходили из призмы, то были окрашены во все цвета радуги.
Стоило Ньютону убрать призму, и на стене опять начинал играть белый «зайчик» — точная копия дырки в ставне. Но едва он ставил призму на пути лучей, как на стене опять появлялось вытянутое колбасой разноцветное пятно.
Ньютон окрестил эту цветную полосу «спектром».
 |
| Опыт Ньютона с разложением белого цвета на его составные цвета. |
Верхний край спектра всегда был красным. Красный цвет незаметно переходил в оранжевый, оранжевый — в желтый, желтый — в зеленый, тот — в голубой. В самом низу спектр был синий и фиолетовый.
Ньютон долго ломал себе голову, пытаясь понять, отчего получается спектр. Чуть солнце появлялось на небе, он закрывал ставни и принимался ловить разноцветные лучи. Лишь к вечеру он выходил из своего добровольного заключения, жмурился от света, а в глазах у него все еще прыгали великолепные цветистые спектры.
Он думал о них постоянно, день и ночь. И в конце концов он разобрался в этом, казалось бы загадочном, явлении.
— Свет, который испускает солнце, вовсе не белый, — решил Ньютон, — он только кажется нам белым. На самом деле с неба льется на нас поток ярчайших разноцветных лучей. Когда эти цветные лучи идут все вместе, наш глаз их не различает в отдельности, и ему представляется, будто свет белый, но когда эта смесь лучей проходит через призму, то призма разбрасывает их в стороны, и мы видим каждый цвет в отдельности.
Каждый луч дает маленький круглый «зайчик» — точную копию отверстия в ставне. Красный «зайчик» стоит наверху, потому что красные лучи меньше всего отклоняются призмой. А фиолетовый становится в самом низу, потому что призма отбрасывает фиолетовые лучи в сторону дальше всех. Между красным и фиолетовым лучами располагаются все остальные.
Один цветной «зайчик» прилегает к другому. И так вместо круглого изображения дырки в ставне получается растянутая разноцветная полоса — спектр.
Ньютон не только разложил белый смешанный свет на его составные цвета; он сделал и противоположную вещь; отдельные цветные лучи он собрал призмой снова вместе, так что они опять стали казаться белыми.
Он придумал такой простой опыт. Он разрисовал деревянный круг во все цвета солнечного спектра, а затем принялся его быстро вращать. И вертящийся круг казался почти белым.
После Ньютон и другие ученые выяснили, что не только солнечный свет, но и всякий другой искусственный свет тоже неоднороден. Например, свет, испускаемый свечой или спиртовой лампой, тоже состоит из лучей различных цветов.
В 1814 году искусный немецкий оптик Фраунгофер изучал спектры разных ламп.
Он тоже забирался в темную комнату, как Ньютон, но свет снаружи он впускал не через круглое отверстие, а через очень узенькую щель в окне или двери. Снаружи перед самой щелью он ставил лампу, а за призмой устанавливал зрительную трубу и в нее ловил спектр.
Труба была у него сильная, а призма из особого стекла, которое широко разбрасывало разноцветные лучи в стороны. Поэтому спектр у него получался длинный, чистый, резкий.
Первый раз Фраунгофер поставил перед щелью масляную лампу. Посмотрел он в трубу и увидел, что на сплошной разноцветной ленте спектра, где все цвета постепенно переходят один в другой, стоят особняком две очень яркие желтые линии величиной как раз с щель. Он покрутил линзу в трубе, посмотрел еще раз, другой — желтые линии стоят на месте.
Фраунгофер понял, что это означает: среди всех лучей, какие испускает лампа, есть два каких-то особенно ярких луча, и поэтому они не расплываются среди других, а дают резкие отдельные изображения щели.
Когда Фраунгофер убрал масляную лампу и поставил перед щелью спиртовую лампу, желтые линии опять появились.
Фраунгофер принялся искать обе яркие желтые линии и в солнечном спектре. Нет, здесь их не было. Но он обнаружил другое. Вся длинная разноцветная полоса, которая получалась, когда солнечные лучи проходили через призму, была пересечена множеством темных линий.
Фраунгофер насчитал их больше пятисот. И каждая из этих темных тонких черточек, величиной с щель, всегда стояла на одном и том же месте — на одном и том же расстоянии от краев спектра. Одни были чуть темнее, другие — светлее, а некоторые виднелись особенно четко и казались на светлом фоне спектра совершенно черными.
Эти наиболее заметные темные линии Фраунгофер обозначил буквами латинского алфавита: А, В, С, D.
Он стал внимательно приглядываться к темным линиям и еще больше удивился: самая темная двойная линия D находилась как раз на том месте, где до этого виднелись в спектре свечи и лампы яркие желтые линии.
Выходило, что те лучи, которые ярче всего светят в искусственных светильниках, как раз отсутствуют в солнечном свете.
Странное, необъяснимое явление.
 |
| Фраунгофер демонстрирует свой прибор для изучения спектра. |
Вслед за Фраунгофером многие исследователи изучали спектры различных источников света. Через призму пропускали свет стеариновых свечей, электрической искры, вольтовой дуги и почти всегда в спектре находили яркую желтую линию, а часто и другие яркие линии.
А в солнечном спектре находили еще и еще новые темные линии — «фраунгоферовы» линии, как их стали называть. Однако, никто не мог объяснить, что именно вызывает появление светлых линий в спектре лампы и электрической дуги и отчего в спектре солнца находятся темные линии.
Это сделали Кирхгоф и Бунзен.
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ
Однажды к Бунзену в лабораторию явился Кирхгоф с ящиком из-под сигар и с двумя старыми подзорными трубами. Из этих несложных приспособлений был изготовлен спектроскоп — прибор для наблюдения спектров.
Свет пропускался в него через узкую щель, прорезанную с одного края подзорной трубы. Эта труба с щелью называется коллиматором. Нетрудно догадаться, что коллиматор служил для той же цели, что и ставень с отверстием в темной комнате Ньютона.
Из коллиматора лучи падали на призму, накрытую ящиком из-под сигар. Чтобы свет туда извне не попадал, Кирхгоф оклеил ящик изнутри черной бумагой.
Призма отклоняла в сторону лучи, которые шли из щели, и получался спектр. Этот спектр Кирхгоф и Бунзен наблюдали через вторую зрительную трубу, так, как делал в свое время Фраунгофер.
Вплотную около щели коллиматора была поставлена горелка Бунзена. Она давала жаркое пламя, более горячее, чем расплавленная сталь. И, однако, свет этого пламени был настолько бледен, настолько бесцветен, что почти совершенно не давал спектра.
 |
 |
Картина сразу резко изменилась, когда Бунзен стал вводить в пламя горелки кусочки различных веществ. Первым делом он взял чистую поваренную соль, которую химики называют хлористым натрием, так как она состоит из хлора и натрия. Бунзен захватил на чистую платиновую проволоку кусочек этой соли и вставил ее в пламя. Тотчас же пламя стало яркожелтым. Кирхгоф припал глазом к зрительной трубе.
— Я вижу рядышком две желтые линии, — сказал он, — больше ничего нет. Темный фон, и на этом фоне две желтых полоски.
Точь-в-точь такие же желтые линии получались и от других соединений натрия.
Дело было совершенно ясно: в пламени бунзеновской горелки натриевая соль разлагалась, натрий превращался и раскаленные пары, они-то и светились желтым светом.
Когда натриевая соль полностью улетучилась из пламени, оно опять стало бесцветным. Тогда Бунзен хорошо промыл и прокалил платиновую проволоку, а затем набрал на нее несколько крупинок соли калия и вставил в пламя.
Пламя окрасилось в нежно-лиловый цвет. Снова Кирхгоф припал к трубе.
Несколько секунд длилась тишина.
— Что там получается, Густав? — спросил Бунзен.
— Я вижу на черном фоне одну фиолетовую линию и одну красную. А между ними почти сплошной спектр без отдельных ярких линий.
Соли лития давали по одной яркой красной линии и менее заметной оранжевой.
В спектре солей стронция бросались в глаза одна яркая голубая линия и несколько темнокрасных.
И так у каждого элемента. Раскаленные пары каждого химического элемента, оказывалось, испускали лучи строго определенного цвета, и призма отклоняла эти лучи на строго определенное место.
Но Кирхгоф и Бунзен еще не знали самого главного: каков будет спектр пламени, если в него внести сразу несколько различных солей, скажем, соли натрия, калия и лития.
Было решено немедленно провести хотя бы один опыт со смесью. Обоим не терпелось узнать, можно ли определить по спектру состав вещества, в которое входит много разных элементов.
Наступала решительная минута. Кирхгоф ходил по комнате взад и вперед. Бунзен, как всегда с виду невозмутимый, тщательно и долго смешивал вместе несколько солей. Наконец, он зачерпнул проволочкой несколько крупинок смеси и сунул в пламя. Пламя окрасилось в ярко-желтый свет: это натрий забивал все другие вещества.
А что показывал спектроскоп?
Кирхгоф долго смотрел в трубу. Было тихо. В пламени потрескивали соли. У Бунзена чуть-чуть подрагивала рука, в которой он держал проволочку.
— Густав! — позвал он. — Что там получается?
— Что получается? Я могу тебе сказать, какие соли ты намешал: у тебя в смеси есть натрий, калий, литий... и еще стронций.
— Это невероятно! Именно эти вещества я и смешал.
Бунзен закрепил проволочку в стойке и тоже заглянул в трубу. Вот что он там увидел: все яркие линии сияли отдельно, каждая на своем месте; яснее всех выступала двойная желтая линия натрия, но и фиолетовая линия калия, и красная лития, и голубая стронция — все отчетливо светились в разных частях широкой разноцветной полосы спектра.
Так Кирхгоф и Бунзен открыли новый способ, по которому можно было легко и быстро обнаружить присутствие отдельных элементов в сложном веществе. Раскаленные пары каждого элемента давали в пламени бунзеновской горелки определенный световой луч. Призма отбрасывала лучи, испускаемые каждым элементом на различные места спектра, и ни один цвет поэтому не мог замаскировать другой.
Этот новый способ Кирхгоф и Бунзен назвали «спектральным анализом».
ПОДВИГИ ВЕЛИКОГО СЛЕДОПЫТА
Волшебный инструмент оказался в руках Бунзена и Кирхгофа. Легко и просто он раскрывал тайны мира. И оба друга без устали действовали этим инструментом, радуясь все новым и новым открытиям.
Спектроскоп оказался таким тонким, таким чувствительным аппаратом, что по сравнению с ним даже самые сложные и точные весы, на которых можно было взвесить крошечную песчинку, выглядели уже топорными и грубыми.
Знаете ли вы, сколько натрия должно попасть в пламя бунзеновской горелки, чтобы в спектроскопе появилась двойная желтая линия?
Кусочка натрия или натриевой соли, который весит в три миллиона раз меньше, чем миллиграмм, вполне достаточно, чтобы пламя горелки пустило желтый луч в щель спектроскопа.
Представляете ли вы себе, что значит одна трехмиллионная часть миллиграмма?
Растворите в стакане чистой, дистиллированной воды щепотку поваренной соли весом в один грамм, разбавьте этот раствор в четырехведерной бочке, зачерпните из бочонка стакан воды, перелейте его в сорокаведерную бочку, возьмите из этой бочки, наконец, одну только каплю, — тогда в этой капельке как раз будет всего одна трехмиллионная часть миллиграмма натриевой соли.
Вот какое невероятно малое количество натрия может быть обнаружено в пламени спектроскопом.
Надо ли удивляться тому, что Фраунгофер, а за ним и другие ученые находили желтую линию в спектре любой лампы и любой свечи? Это натрий давал там желтую линию! Миллионные доли миллиграмма поваренной соли наверняка отыщутся и в ламповом фитиле, и в свечном сале, и где угодно.
Натрий появлялся отовсюду. Прикоснется Бунзен пальцем на секунду к чистейшей платиновой проволоке — уже на платину незаметно перешла соль, потому, что человек всегда выделяет через кожу пот, а пот соленый.
Достаточно было хлопнуть запыленной книгой недалеко от зажженной горелки Бунзена, и в бесцветном пламени тотчас же проскакивали желтые искры, а спектроскоп отмечал появление натриевой соли желтой линией. Откуда же, спрашивается, в книге натрий? Из океана. Ветры, дующие с моря, захватывают мельчайшие, микроскопические брызги соленой морской воды и заносят невидимые частицы натриевой соли на тысячи километров в глубь материка. Эти крошечные крупинки пляшут в воздухе с пылью и повсюду оседают вместе с ней. Вдуньте пыль в пламя бунзеновской горелки, и спектроскоп сейчас же доложит: есть натрий!
Чуть ли не в каждом веществе, хотя бы и в самом чистом, отыскивались какие-нибудь загрязнения. В иных, казалось бы, не было и не могло быть никаких посторонних примесей, а спектроскоп уверенно разоблачал эти мнимочистые вещества и доказывал: неправда, есть примеси. Хоть и слабые примеси, может быть, с тысячную или миллионную долю грамма или даже того меньше, но все же они есть.
Однажды Бунзен сообщил своему другу, входя в лабораторию:
— Знаешь, где я нашел литий? В золе табака.
До этого дня литий, этот легчайший металл, считался одним из самых редких элементов в мире. Его находили только в трех-четырех минералах, да и те очень редко попадались в немногих местах земного шара.
И вдруг литий оказался в обыкновенном табаке! Его выследил там спектроскоп. И не в одном только табаке! Не проходило теперь дня, чтобы Бунзен и Кирхгоф не обнаруживали этот элемент в каком-нибудь новом месте.
В обыкновенном гранитном камне нашелся литий. В соленой воде Атлантического океана и в речной воде, и в чистейшей воде из родника, — всюду был литий. Его нашли в чае, в молоке, в винограде, в человеческой крови и в мышцах животных. Даже в метеоритах, залетевших к нам на землю из космического пространства, и в них был найден литий.
Вот так «редкий» металл! Оказывается, мы его чуть ли не топчем каждый день ногами и то и дело глотаем вместе с пищей.
Вооруженные спектроскопом, Бунзен и Кирхгоф в продолжение нескольких недель охотились за элементами. Они раскрывали целый потайной склад различных элементов в любом камне или химическом реактиве. Но скоро эта охота стала терять для них свою прелесть. Им захотелось большего. Они стали мечтать об открытии новых, не ведомых еще никому элементов.
Но тут произошло вдруг такое удивительное событие, что оба друга на время позабыли про новые элементы.
В этом событии главную роль играли темные линии солнечного спектра — фраунгоферовы линии.
СВЕТ СОЛНЦА И СВЕТ ДРУММОНДА
Фраунгоферовы линии особенно интересовали физика Кирхгофа. Он приладил к спектроскопу шкалу с делениями и зеркало, которое было поставлено таким образом, что когда смотрели на спектр через зрительную трубу, то прямо под ним виднелась шкала. Каждую линию спектра поэтому всегда было видно под определенным номером, и спутать ее с другой линией было невозможно. С помощью усовершенствованного таким образом спектроскопа он стал изучать фраунгоферовы линии.
Однажды он сидел у спектроскопа. В щель коллиматора били прямые солнечные лучи. Огромный яркий сплошной спектр развертывался за призмой, и только черные черточки фраунгоферовых линий, как частокол, рассекали яркий фон спектра. Кирхгоф отыскал на шкале номер желтой натриевой линии; разумеется, в солнечном спектре ее не было, зато на этом самом месте, над тем же номером, красовалась густая темная линия — двойная фраунгоферова линия D.
Затем Кирхгоф прикрыл солнечный свет, подставил к щели горелку и внес в нее натриевую соль. Вместо великолепного пестрого спектра, теперь в трубу видны были две сиротливые желтые полоски.
Тут Кирхгофу пришла в голову мысль пустить в щель еще и солнечные Лучи, чтобы посмотреть, как один спектр наложится на другой.
Чтобы яркий солнечный свет не забил совсем натриевого пламени, он поставил на пути солнечных лучей матовые стекла. Мягкие, ослабленные лучи солнца проходили затем через пламя горелки, а оттуда вместе с желтыми лучами раскаленного натрия в щель.
Что же показал спектроскоп?
Там виднелся обыкновенный, но не очень яркий спектр солнца. С одной только особенностью: на месте фраунгоферовой линии D очень ярко сияла линия натрия. Один спектр лег на другой.
Кирхгоф немного усилил яркость солнечных лучей. Линия натрия оставалась на своем месте. Тогда он пустил полный прямой свет солнца. Взглянув после этого в спектроскоп, он вскрикнул от удивления: светлая линия натрия на его глазах неожиданно исчезла, и вместо нее появилась жирная черная линия D. Хотя пламя горелки, как и раньше, испускало желтые лучи, теперь на месте натриевой линии в спектре сияла черная пустота.
Удивительнее всего было то, что темная линия D выступала теперь с небывалой отчетливостью. Она была гораздо темнее обычного и выделялась сильнее, чем все остальные фраунгоферовы линии. А между тем на то самое место, где она находилась, устремлялись из пламени горелки яркие лучи раскаленного натрия, отброшенные призмой спектроскопа.
Если бы на фоне сильного солнечного спектра светлая линия натрия выглядела тусклой, темнее обычного, Кирхгоф бы этому не удивился. Ведь пламя горелки светит много слабее солнца. Но то, что натриевая линия совершенно исчезла и превратилась в черную линию D, да еще небывало резкой черноты, это было уже настоящей загадкой.
Кирхгоф отошел к окну и долго стоял там в задумчивости.
— Кажется, в моих руках ключ к большой тайне, — произнес он наконец.
Бунзена в это время не было в лаборатории. Кирхгоф подозвал ассистента и попросил его установить перед спектроскопом аппарат, который дает так называемый друммондов свет.
Друммондов свет получается так. Из двух трубок выпускается одновременно два газа — водород и кислород. На выходе газы поджигаются. Водород сгорает в чистом кислороде с большим жаром, и это жаркое пламя направляется на стержень из чистой извести. Ударяясь об известь, пламя раскаляет ее добела, так что известь начинает испускать ослепительный свет.
Получение света по такому способу придумано англичанином Друммондом. Отсюда и название — друммондов свет.
Известь в аппарате Друммонда дает не отдельные яркие линии, как раскаленные пары, а сплошной, непрерывный и ровный спектр без всяких ярких линий. Спектр этот походит на солнечный, только у него нет ни одной темной линии.
Для чего же понадобился Кирхгофу друммондов свет?
Этот свет должен был сыграть роль искусственного солнца.
Кирхгоф решил пропустить лучи друммондова света через натриевое пламя и оттуда — в спектроскоп. Он хотел проверить, как будут себя вести натриевые желтые линии на фоне непрерывного спектра друммондова света — так же, как на ярком солнечном спектре, или по-другому ? Сначала Кирхгоф направил друммондов свет прямо и щель, минуя желтое натриевое пламя. В спектроскопе развернулся чистый непрерывный спектр, без единой темной или светлой линии.
Тогда Кирхгоф пододвинул пламя, насыщенное солью, наперерез друммондону смету. Вмиг в желтой части спектра друммондона света прорезалась четкая темная линии.
— Искусственная фраунгоферова линия! — прошептал Кирхгоф. Вот оно что! Я кажется, начинаю понимать, и чем дело. Чтобы в спектре получилась темная линия, свет должен пройти через другое светящееся тело, через его раскаленные пары. Выходит, что пламя натрия не только испускает желтые лучи, оно также поглощает чужие желтые лучи, лучи того же самого оттенка, но идущие из другого источника света. Оно задерживает их, не пропускает в щель. Поэтому в спектре и сияет на их месте темная полоса. Очень интересно!
ЯЗЫК ТЕМНЫХ ЛИНИЙ
В эту ночь Кирхгоф долго не мог уснуть.
На следующее утро он поймал Бунзена в университете, когда тот только что кончил лекцию.
— Роберт, — начал он сразу. — Я сделал важное открытие: на солнце есть натрий!
— Что такое? Что ты хочешь этим сказать?
— Я хочу сказать, что наш спектральный анализ можно применять не только для исследования земных веществ, но и для изучения состава небесных светил. На земле мы узнаем об элементах по ярким линиям спектра земных веществ, а об элементах, которые имеются на солнце, можно судить по фраунгоферовым линиям солнечного спектра.
Вот как рассуждал Кирхгоф.
Солнце состоит из плотного сверхгорячего ядра, которое окружено разреженной атмосферой раскаленных газов. Свет, падающий с солнца к нам на землю, исходит с поверхности его плотного ядра. В этом свете имеются лучи всех цветов — тысячи оттенков. Если бы он доходил до вас прямым путем, если бы ему не пришлось пронизывать сначала раскаленную солнечную атмосферу, то все лучи достигли бы земли полностью, и солнечный спектр был бы чистым и непрерывным, как спектр друммондова света.
Но на самом деле солнечный свет сначала проходит через раскаленные газы атмосферы солнца. Эта атмосфера ведет себя так же, как вело себя натриевое пламя в опыте Кирхгофа: она поглощает, задерживает часть солнечных лучей. И именно те самые лучи, которыми светятся элементы, имеющиеся в этой атмосфере. И когда свет вырывается из солнечной атмосферы дальше, в мировое пространство, то он уже обеднен, разжижен. Многих лучей в нем уже недостает. И вот поэтому то у нас на земле, попадая в спектроскоп, солнечный свет дает не сплошной яркий спектр, а цветную полосу, перегороженную темными фраунгоферовымн линиями.
Темная линия стоит там, где становится обычно светлая, желтая линия натрия. Значит, уверял Кирхгоф, в атмосфере солнца находятся раскаленные пары натрии.
И не одного только натрия.
Кирхгоф и Бунзен получили с помощью электрического тока светящиеся раскаленные пары железа и зарисовали их спектр. В нем они насчитали целых шестьдесят различных цветных, ярких линий. Сверили этот спектр с солнечным, и что же? Каждой светлой линии железа соответствовала линия той же ширины и резкости в солнечном спектре.
Значит, в атмосфере солнца находятся в раскаленном виде железные пары. И эти пары задерживают все лучи, которые обычно испускают сами же пары раскаленного железа.
Кроме натрия и железа, Кирхгоф обнаружил с помощью спектроскопа на солнце еще около тридцати разных элементов. Там нашлись и медь, и свинец, и водород, и калий, и многие другие земные вещества.
Оба ученых друга искали способ легко анализировать химические вещества на земле, а нашли способ анализировать солнце!
Первое сообщение о своем открытии Кирхгоф послал в Берлинскую академию наук 20 октября 1859 года. Вслед за этим он послал новое сообщение: в нем Кирхгоф с помощью математических выкладок доказывал, что согласно известным законам физики всякий раскаленный газ действительно должен поглощать те лучи, которые он испускает. Таким образом он подкреплял практику теорией.
Весть о новом открытии облетела весь мир. Имена Кирхгофа и Бунзена повторялись теперь каждым грамотным человеком. Эти люди ухитрились, сидя на земле, раскрыть состав небесного светила, удаленного от нас на миллион километров. Теперь солнце, а за ним и звезды, потеряли для человека добрую долю своей таинственности.
НОВЫЕ НЕЗНАКОМЦЫ
В мае 1860 года из гейдельбергского почтамта в адрес Берлинской академии наук был послан новый пакет. Но на этот раз отправителем его был не Кирхгоф, а Бунзен.
Пока Кирхгоф посвящал все свое время пламенной атмосфере далекого солнца, его друг не забывал и про земные дела. Бунзен продолжал искать новые элементы.
И вот однажды он выследил новый элемент в минеральной воде дюркгеймских источников. Внеся в пламя своей горелки каплю этой жидкости, Бунзен заметил вдруг в спектре, среди знакомых линий калия, натрия и лития, две неизвестные голубенькие светящиеся нити, скромно притулившиеся бок о бок.
Ни один из известных элементов не давал двойной голубой линии в этом месте. Стронций, правда, давал голубую линию, но только одну. А здесь определенно были две линии.
Значит, новый элемент?
Каплю за каплей вносил Бунзен в пламя. Голубая пара продолжала твердо стоять на своем месте.
— Я назову этот новый элемент небесно-голубым, — решил он. — Как это будет по-латыни? «Цезиус», если мне память не изменяет. Значит, он будет называться «цезий».
Выделяя цезий в чистом виде из дюркгеймской воды, Бунзен поймал еще одного «незнакомца». Он добирался до цезия шаг за шагом, удаляя постепенно из воды другие элементы. Под конец в смеси остались только две соли — цезия и калия. Когда стали понемногу вымывать и калиевую соль, то спектроскоп дал неожиданный сигнал: в спектре смеси выступили две новые фиолетовые линии, а за ними еще зеленые, желтые и особенно отчетливо темнокрасные линии.
Еще один неизвестный элемент таился в дюркгеймской воде!
Бунзен дал ему название «рубидий», что значит по-латыни темнокрасный.
Весть о том, что с помощью спектроскопа открыты неизвестные элементы, всполошила многих химиков. Одна научная лаборатория за другой вооружалась этим новым оружием, которым с одинаковым успехом можно было атаковать и солнце и каплю воды.
В 1861 году англичанин Крукс подобрал на химическом заводе особый ил, оседающий на дне свинцовых камер, в которых вырабатывается серная кислота. В спектре этого ила Крукс обнаружил неизвестную зеленую линию.
Так был найден элемент таллий — тяжелый металл, похожий на свинец.
Через два года два немецких химика — Рихтер и Рейх — разглядели в спектре одной цинковой руды новую линию цвета синей краски индиго. Элемент, который давал эту линию, был назван поэтому «индий». Индий оказался белым металлом и во многом напоминал цинк.
Пять лет спустя ученые снова напали на след неизвестного элемента. Но на этот раз это были не химики, а астрономы. И новая линия нашлась в спектре не земного вещества, а солнца.
Дело происходило во время солнечного затмения. Французский астроном Жансен направил на солнце спектроскоп и обнаружил яркую желтую линию в стороне от того места, где обычно располагается желтая линия натрия.
Этот неизвестный элемент получил название «гелий» по греческому слову «гелиос», что означает солнце.
В конце XIX века, еще при жизни Бунзена, таинственный солнечный элемент был отыскан и на земле с помощью того же спектроскопа.
Комментариев нет:
Отправить комментарий