Искатель новых элементов

Я. ПАН

Среди многочисленных веществ, которыми химики испокон веков орудовали в своих лабораториях, почетное место всегда занимали едкие щелочи — едкое кали и едкий натр.

Сотни различных химических реакций осуществлялись в лабораториях при участии щелочей. С помощью едких кали и натра можно было, например, сделать растворимыми большинство нерастворимых веществ. А самое сильные кислоты и удушливые пары можно было благодаря щелочи лишить всей их жгучести и ядовитости.

Едкие щелочи — очень своеобразные вещества. На вид это беловатый, довольно твердый камень, ничем как будто непримечательный. Но попробуйте дотронуться до него рукой. Вы почувствуете жжение, как от прикосновения к крапиве. Долго держать в руке едкие щелочи нестерпимо больно: они могут разъесть кожу и мясо до кости. Вот почему они называются «едкими» в отличие от других, менее «злых», щелочей — всем известных соды и поташа. Из соды и поташа, кстати сказать, и получались всегда едкие кали и натр.

У едких щелочей неистребимое влечение к воде. Оставьте кусок совершенно сухого едкого кали или натра на воздухе. Через короткое время на его поверхности появится неведомо откуда жидкость. Потом он весь станет мокрым и рыхлым и под конец расползется бесформенным киселем.

Это из воздуха щелочь притягивает к себе пары воды и образует с влагой густой раствор.

Кому впервые приходится погрузить пальцы в раствор едкой щелочи, тот с удивлением заявляет:

— Как мыло!

И это совершенно правильно. Щелочь скользка, как мыло. Больше того: мыло поэтому и «мыльно» на ощупь, что его изготовляют с помощью щелочей. Раствор едкой щелочи и на вкус напоминает мыло.

Но химик узнает едкую щелочь не по вкусу, а по тому, как это вещество ведет себя с краской лакмус и с кислотами.

Бумажка, пропитанная синей краской лакмус, мгновенно краснеет, когда ее опускают в кислоту. А если этой покрасневшей бумажкой дотронуться до щелочи, то она опять становится синей.

Едкая щелочь не терпит кислоты, как вода не терпит огня. Они не могут мирно существовать рядом ни одной секунды. С яростью и шипением щелочь вступает в бой с кислотой, где бы она ее ни настигала. Кусочки щелочи прыгают в неистовстве, кислота злобно кипит, пузырится, разогревается — дым стоит коромыслом. Соединяясь, они уничтожают друг друга до тех пор, пока в растворе не останется ни песчинки щелочи или ни капли кислоты. Только тогда наступает успокоение. Щелочь и кислота «нейтрализовали» друг друга, говорят в таких случаях. От соединения их получается «нейтральная» соль — ни кислая, ни едкая. Так, например, после «стычки» жгучей соляной кислоты с едким натром остается обыкновеннейшая поваренная соль.

Химику едкие щелочи встречаются на каждом шагу. С ними первыми знакомится всякий начинающий лаборант. Как повару без соли, как маляру без олифы, так и химику невозможно обойтись без щелочей.

Химикам начала девятнадцатого века эти вещества были знакомы, как собственные пять пальцев. Считалось, что едкие щелочи — это простые, неразложимые вещества. Они могли вступать в соединение с самыми различными телами, но никакие силы, казалось, не в состоянии были расщепить их на еще более простые вещества. И их принимали за элементы вместе с металлами, серой, фосфором, кислородом, водородом, азотом.

На эти-то вещества, отлично известные каждому тогдашнему химику, и поднял руку в 1807 году молодой английский ученый Хэмфри Дэви.

Хэмфри Дэви

ТАЙНА ЛИЛОВОГО ПЛАМЕНИ

Когда в 1800 году до Англии дошла весть об изобретении «столба Вольта» — первого в мире прибора для получения электрического тока, Дэви был одним из первых, кто поспешил испробовать действие нового замечательного аппарата. Очень скоро ему и другим ученым удалось обнаружить, что столб Вольта легко разлагает самые различные химические соединения — воду, соли, кислоты — на их составные части. И, работая с электрическими батареями Вольта, молодой Дэви в конце концов пришел к дерзкой идее:

«Нельзя ли, — подумал он, — разложить с помощью тока кое-какие вещества, которые мы принимаем за элементы?»

Дэви стал прикидывать, какие из элементов могут внушить подозрение. Какие из них дают хотя бы малейший повод считать их мнимыми элементами?

Он подолгу разглядывал серу, фосфор, углерод, щелочи, магнезию, известь, глинозем... Элементы это или не элементы? А если они не элементы, то какие диковинные, неведомые вещества они в себе содержат?

По многим соображениям, Дэви решил начать с едких щелочей. Некоторыми свойствами они напоминали такие тела, которые заведомо имели сложный состав. А раз так, рассуждал Дэви, то, может быть, и щелочи — вещества сложные. Недаром великий Лавуазье высказал подобное предположение. Правда, это было только предположение, доказать его Лавуазье не мог, а другие химики с ним в этом не соглашались. Но если у такого проницательного ученого, как Лавуазье, щелочи были на подозрении, то имело смысл начать именно с них.

Первым делом Дэви попытался разложить едкое кали, растворенное в воде. Он велел своему помощнику и кузену Эдмунду собрать и соединить все гальванические аппараты, какие имелись в королевском институте. Получилась весьма внушительная батарея: 24 больших аппарата с квадратными пластинами из цинка и меди шириной в целый фут (английский фут равен, примерно, 30 сантиметрам; в футе 12 дюймов), 100 аппаратов с пластинами шириной в полфута и 150 аппаратов с пластинами шириной в 4 дюйма. Батарея давала сильнейший ток, и Дэви надеялся, что едкое кали не выдержит воздействия такого тока и распадется на составные части.

В стеклянный сосуд был налит бесцветный, прозрачный раствор. Затем туда опустили две проволоки, соединенные с гальванической батареей. Как только ток пошел через раствор, у обеих проволок появились пузырьки газа. Скоро раствор забурлил, стал разогреваться, и пузыри все быстрее и быстрее вырывались из жидкости в воздух.

— Это вода разлагается на водород и кислород, — разочарованно сказал Дэви. — Посмотрим, что будет дальше.

Но дальше было все то же. Ток разлагал воду, в которой была растворена щелочь, а едкое кали оставалось нетронутым.

Дэви, однако, был не из тех, кто легко отступает перед препятствием.

— Хорошо, — решил он, — если вода мешает, попробуем обойтись без воды.

Вместо водного раствора, он решил взять расплавленную безводную щелочь. В ложку из платины было насыпано сухое едкое кали. Под нее подставили спиртовую лампу и мехами поддували в пламя заранее запасенный чистый кислород. С кислородом пламя горело очень сильно, и в каких-нибудь три минуты кали растеклось в ложке огненной жижей.

Тотчас же к ложке была поднесена проволока от одного конца гальванической цепи, а проволоку от другого конца Дэви стал опускать в раскаленную щелочь сверху.

Едкая жидкость слегка дымилась и выбрасывала колючие, злые, огненные брызги. Но Дэви не чувствовал боли.

«Выйдет или не выйдет? — гадал он, поднося платиновую проволоку к поверхности расплавленной щелочи. — Воды теперь нет, в ложке одно только едкое кали. Если оно не элемент, то это сейчас же обнаружится...»

«А может быть, ток не пойдет через расплавленную щелочь?» — подумал он и последнюю секунду.

Но напрасно он опасался. Ток пошел!

— Алло! — закричал Дэви не своим голосом. — Идите-ка сюда, Эдмунд! Бьюсь об заклад — щелочь разлагается.

Защищая глаза рукой от брызг, ассистент придвинулся к прибору.

Под действием тока с расплавленным едким кали происходили явные перемены. В том месте, где платиновая проволочка касалась щелочи, вырос тоненький язычок необыкновенно красивого розовато-лилового пламени. И покуда цепь оставалась неразомкнутой, пламя продолжало гореть. Когда же ток выключили, оно моментально исчезло.

Ассистент в недоумении посмотрел на своего профессора.

— Что это означает?

— Это означает, что мы с вами, дорогой Эдмунд, развенчали мнимый элемент, — уверенно заявил Дэви. — Ток выделил из щелочи какое-то неизвестное вещество, которое входит в ее состав. Оно-то и горело у проволоки лиловым пламенем. Другого объяснения не может быть. Но что это за вещество и как его заполучить, я еще сам не знаю.

Да, заполучить таинственное вещество оказалось делом нелегким.

Существовало ли оно вообще? Не придавал ли Дэви чересчур много значения этой лиловатой вспышке у платиновой проволочки?

Дэви несколько раз повторил опыт, и каждый раз лиловое пламя неизменно появлялось, если только верхняя проволочка была присоединена к отрицательному полюсу батареи, а платиновая ложка — к положительному полюсу. Когда же он менял проволочки, то пламени не было, но появлялись другие признаки разложения щелочи: пузырьки какого-то газа поднимались со дна ложки и, вырвавшись на воздух, воспламенялись один за другим. Вероятно, это был водород. Что касается неизвестного вещества, сгоравшего лиловым пламенем, то оно во всех случаях оставалось неуловимым.

Химическая лаборатория Хэмфри Дэви

„ВЕЛИКОЛЕПНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ“

Было туманное октябрьское утро. Дэви, едва позавтракав, спустился из своей комнаты в лабораторию.

Сегодня предстояла новая попытка.

В первый раз ему не удалось разложить щелочь из-за воды. Во второй раз виной была, может быть, чрезмерно высокая температура щелочи, расплавленной и раскаленной докрасна.

Стало быть, надо потягаться выделить неизвестное вещество из безводной щелочи, но без огня, чтобы оно не сгорало в самый момент своего появления. Тогда это таинственное вещество неизбежно окажется в руках экспериментатора.

Но как же расплавить едкое кали без огня? Не попробовать ли пустить ток через твердую щелочь на холоду?

Дэви знал, что едкое кали — изолятор, подобно стеклу или фарфору, и электричества через себя не пропускает. Поэтому он пробовал намочить щелочь водой, но тогда ток просто-напросто разлагал воду, а щелочь оставалась нетронутой.

Несколько часов подряд бился Дэви с этим упорным веществом и ничего не мог добиться.

С мокрой щелочью ничего не получалось. Если же он оберегал вещество от воды, ток не мог идти через него.

Десятки новых проектов возникали в голове Дэви. Но все они сулили слишком много возни и слишком мало шансов на успех.

— Нет, надо во что бы то ни стало заставить ток пойти через твердую щелочь, — сказал Дэви. — Ну-ка, Эдмунд, давайте попытаемся ещё раз. Достаньте, кусок щелочи.

Еще один кусок сухой щелочи был извлечен из банки. Но прежде чем положить его на лист из платины, Дэви подержал его с минуту на воздухе.

— Пусть на этот раз щелочь притянет только чуть-чуть влаги. Может быть, этого как раз хватит для того, чтобы сделать твердую щелочь проводником электричества, — размышлял он вслух. — И в то же время этого ничтожного количества воды, вероятно, будет слишком мало для того, чтобы помешать току разложить щелочь.

Вот как он изощрился!

Сухое едкое кали не годилось.

Влажное тоже не годилось.

И он решил схитрить и сделать щелочь ни сухой, ни влажной.

Кусок едкого кали успел покрыться только еле заметной пленкой влаги, как его уже положили на платину. Дэви прикоснулся к нему сверху платиновой проволокой, замкнув через него цепь.

Ток пошел!

Тотчас же твердая щелочь начала плавиться сверху и снизу.

Дэви побледнел. Вцепившись руками в край стола, он стоял над прибором, затаив дыхание. Щелочь плавилась в том месте, где она соприкасалась с металлом, и тихо сипела.

Секунды казались веками.

Громкий треск, нечто вроде небольшого взрыва, раздался вдруг в плавящейся щелочи.

Дэви сильно толкнул локтем своего ассистента и нагнулся над прибором.

— Эдмунд... Эдмунд... — забормотал он. — Смотрите, Эдмунд!

Наверху плавящаяся щелочь начинала бурлить все сильнее и сильнее. Внизу же, на листе платины, появились из расплавленной щелочи маленькие, крохотные шарики. Они походили на шарики ртути — такие же подвижные, с серебристым блеском. Но они вели себя гораздо более бурно и воинственно, чем ведет себя обыкновенная ртуть. Некоторые из них, едва возникнув, с громом лопались и исчезали, вспыхнув красивым лиловым пламенем. Другие, выжив, быстро тускнели на воздухе и покрывались белым налетом.

У Дэви неистово колотилось сердце.

Все новые и новые сияющие шарики неизвестного вещества появлялись из щелочи. Оказывается, в состав едкого кали входил какой-то металл! И никто до этого времени не ведал о его существовании...

Дэви долго не мог успокоиться. Он был опьянен победой.

— Это еще только начало, — говорил он своим помощникам. — Очередь теперь за другими элементами. Перед гальваническим током ничто не устоит. Мы поставим всю химию дыбом.

Когда Дэви немного успокоился, он уселся за стол и раскрыл лабораторную книгу. Страшно брызгая чернилами и ломая перья, он подробно записал все события этого дня. Затем он вымыл руки и, распевая во весь голос, помчался из лаборатории.

Но в дверях он вдруг остановился, как-будто вспомнив о чем-то, и вернулся к своему столу. Он снова раскрыл книгу и на полях, напротив того места, где были изложены результаты последнего опыта, написал жирными крупными буквами: «Великолепный эксперимент!»

НЕУЛОВИМЫЙ МЕТАЛЛ

Никто не может осудить Дэви за то, что он вел себя в тот день, как восторженный мальчишка. В течение многих месяцев он мечтал о разложении едкой щелочи. Десятки раз он терпел неудачи. И вдруг смелая его затея — разложить то, что считалось неразложимым — увенчалась полным успехом.

Среди беспредельного множества различных веществ, существующих в мире, особняком стояли немногие простые тела, из которых, по мнению тогдашних химиков, и были составлены все другие вещества, все живое и мертвое во вселенной.

И вот явился Дэви, вооруженный аппаратом Вольта, и ниспровергнул одну из этих считанных основ мира. Он вычеркнул едкое кали из списка элементов и поставил на его место новый, не известный до того времени настоящий элемент, который он назвал «потассиум».

«Великолепный эксперимент» действительно дал замечательные результаты. Однако, вся работа, собственно говоря, была еще впереди.

Дэви всегда был порывист и быстр в работе. А теперь он развил прямо неистовую энергию. Ему не терпелось поскорее собрать новое вещество в возможно большем количестве.

Но это было не так-то просто. «Потассиум» оказался веществом с большими странностями. Во-первых, он упорно не желал оставаться в чистом, «первобытном» своем состоянии, а все норовил соединиться с другими веществами. Он не выносил одиночества. Едва возникнув, этот металл уже стремился снова исчезнуть. Если «потассиум» не сгорал со взрывом в момент своего появления из плавящейся щелочи, то он все равно быстро изменялся на воздухе. В течение немногих минут, прямо на глазах, он терял блеск, тускнел и покрывался белой коркой. Соскабливать эту корку не имело никакого смысла: оголенный металл тут же покрывался новой пленкой. Эта пленка быстро увлажнялась и рыхлела. Проходило некоторое время, и от куска серебристого металла оставался лишь бесформенный сероватый кисель. Стоило дотронуться пальцем до этой полужидкой массы, и сразу же можно было обнаружить, что это старый знакомец — едкое кали. Масса была мыльной на ощупь, и красная лакмусовая бумажка мгновенно окрашивалась ею в синий цвет.

Нетрудно было догадаться, что означало это превращение: «потассиум» с жадностью поглощал из воздуха кислород и водяные пары, чтобы вновь вернуться в свое исходное состояние и опять стать щелочью.

Дэви попробовал бросить «потассиум» в воду. Казалось бы, металл, брошенный в воду, должен немедленно нырнуть на дно и лежать там тихо и смирно. Так, по крайней мере, вели себя все старые металлы, которые были в то время известны.

Но с «потассиумом» произошло нечто совершенно неожиданное. Тонуть он не стал. С громким шипением он забегал по поверхности воды. Затем раздался оглушительный взрыв, над «потассиумом» вспыхнуло лиловое пламя. Так он и носился с огнем и треском по воде, все уменьшаясь и уменьшаясь, покуда весь не превратился в едкую щелочь, тут же исчезнувшую в растворе.

Куда бы Дэви ни помещал этот неугомонный элемент, он обязательно учинял шум, гром, огонь. А если встреча его с другими веществами и проходила с виду мирно, то все равно дело кончалось тем, что «потассиум» потихоньку вытеснял другие элементы из их соединений и сам становился на их место.

Не терпел «потассиум» одиночества!

В кислотах он воспламенялся.

В чистом кислороде он вспыхивал с такой яростью и горел таким ослепительным белым пламенем, что на него невозможно было смотреть.

В спирте и в эфире он находил малейшие следы воды и немедленно ее разлагал.

Со всеми металлами он легко и охотно сплавлялся.

С серой и фосфором соединялся, распаляясь огнем.

Стекло он разъедал.

Даже на холодном льду он загорался от «избытка чувств» к воде и, продырявив лед, успокаивался только тогда, когда превращался в щелочь.

Что было делать Дэви с этим неугомонным элементом? Куда было девать его? Где и как сохранять?

Он терял уже надежду на то, что вообще удастся найти какое-нибудь вещество, которое устоит перед «потассиумом». Но, к счастью, такое вещество все же нашлось.

В чистом керосине «потассиум» вел себя тихо и мирно. Он был к керосину, по-видимому, совершенно безразличен и лежал под слоем его совсем спокойно.

Как только Дэви в этом убедился, он стал прятать куски «потассиума» в керосин тотчас же, как он получал их из щелочи.

И сразу же стало легче работать. Можно было делать запасы и не опасаться, что придется прерывать тот или другой опыт из-за нехватки «потассиума».

Но теперь, когда Дэви мог набрать достаточно много нового вещества, чтобы исследовать все его свойства, его стали мучить сомнения: был ли «потассиум» настоящим металлом?

С одной стороны, это как будто было совершенно очевидно. Ведь пока «потассиум» не успевал измениться на воздухе, он сиял великолепным металлическим блеском, как полированное серебро. Кроме того, подобно всем металлам, он хорошо пропускал через себя электрический ток и тепло и растворялся в жидкой ртути.

Но, с другой стороны, где же это было видано до сих нор, чтобы металл был мягок, как воск, и резался ножом, как хлеб?

Этот металлоподобный элемент был так легок, что не всегда тонул даже в керосине, хотя керосин сам легче воды. Золото оказалось тяжелее его больше чем в 20 раз, ртуть тяжелее в 16 раз, железо — в 9 раз. Иное плотное дерево и то было тяжелее «потассиума».

Дэви все же решился в конце концов назвать его металлом.

«Конечно, чудно, что он такой легкий, — думал он, — но если угодно, то и железо по сравнению с золотом и платиной тоже очень легкий металл. А ртуть стоит на полдороге между ними: она легче платины, но тяжелее железа. Все дело в том, что мы привыкли к старым металлам и ничего не знали о существовании других. Со временем, наверное, будут открыты еще новые металлы, кроме «потассиума», и тогда будет заполнен весь промежуток между ним и железом».

НЕИСТОВЫЕ БЛИЗНЕЦЫ

Двенадцатого ноябри 1807 года должен был состояться очередной так называемый «бэйкеровский» доклад в Английском королевском обществе. Этот доклад всегда посвящался какому-нибудь выдающемуся открытию и на этот раз доклад должен был делать Дэви.

Но для «бэйкеровского» доклада надо было основательно подготовиться. Надо было иметь гору интересных фактов и наблюдений.

И Дэви стремился поэтому в те немногие недели, что оставались до доклада, изучить новое вещество со всех сторон. Да ему и самому не терпелось поскорее узнать о «потассиуме» все, что возможно было о нем знать.

Эти полтора месяца он прожил, как в бреду. Работа у него горела. В один и тот же день он ставил десятки опытов. Он без передышки бегал по лаборатории: от вытяжного шкафа к электрическим батареям, от воздушного насоса, к столу — записать результаты опыта.

Так продолжалось шесть недель. Шесть недель неистовых поисков и напряженного труда! Зато к моменту доклада Дэви стало известно о «потассиуме» не меньше, чем об ином из старых элементов, над изучением которого бились десятки химиков в течение нескольких поколений.

За шесть недель он создал целую новую отрасль химии. И заметьте: он не ограничился одним только «потассиумом». Разложив едкое кали, он тотчас же принялся за другую щелочь — за едкий натр. И этот был расщеплен электрическим током. Как и едкое кали, он оказался сложным веществом. И, как едкое кали, он состоял из кислорода, водорода и не известного до тех пор металла.

Этот второй металл был удивительно похож на «потассиум». Он тоже был легок, хотя чуть тяжелее «потассиума». Он тоже имел серебристый блеск и без труда резался ножом, хотя и был чуть тверже своего «собрата» Он тоже быстро изменялся на воздухе, тоже бегал с шипением по воде, но пламени, правда, при этом не было. В керосине он тоже оставался спокойным, также воспламенялся с кислотами, но пламя у него было не такое красивое, как у «потассиума», — оно было густо-желтого цвета.

Одним словом. Дэви дал науке сразу «двойню» элементов, двух «элементов-близнецов». Они, правда, кое в чем отличались друг от друга, но сходства у них было гораздо больше, чем отличий. Второй металл имел немного более спокойный характер, чем «потассиум», вот и вся разница.

Впрочем, и он обладал еще достаточной «свирепостью» для того, чтобы прожигать дыры во льду.

Дэви назвал его «содиум», так как он получил его из едкого натра, а едкий натр иначе называется каустической, едкой содой. Точно так же и название «потассиума» должно указывать, что он получен из едкого кали, так как едкое кали по-английски называется каустическим поташом. В Англии металлы, открытые Дэви, сохранили свои названия и по сей день.

А у нас их называют натрий и калий.