Ложные открытия в химии

Химик

Мало кому известно имя английского химика У. Грегора, жившего в конце XVIII столетия. Даже в претендующих на полноту биографических справочниках и указателях ему посвящено буквально несколько строчек: родился тогда-то, умер в таком-то году, служил в качестве того-то и того-то. И все. Но в этой «когорте безвестных» имя Грегора стоит особняком. Будучи заурядным химиком, он между тем заслужил бессмертие. Оно поджидало его близ английской деревни Менакан. В образце местной почвы Грегор обнаружил «менаковую землю» — новый неизвестный химический элемент, позднее названый титаном. Ведь открытие химического элемента – это, до известной степени абсолютное открытие. Раз совершенное, оно навсегда остается в анналах истории науки. Различные законы и закономерности могут пересматриваться и даже отменятся. Открытие же химического элемента – так сказать истина «в чистом виде». На протяжении последних двух столетий список химических элементов пополнялся чуть ли не ежегодно. В нем должно было бы быть более двухсот названий. Но многие из них лишь немые свидетельства ложных открытий. О них и пойдет речь в нашем очерке.

ЧТО ЗНАЧИТ – «ОТКРЫТЬ ЭЛЕМЕНТ»?

Лучше всего ответить на итог вопрос можно так: нужно впервые выделить этот элемент из природных минералов. Между тем химикам — открывателям элементов во многих случаях приходилось иметь дело только с природными соединениями. Не видя еще в глаза нового элемента, они догадывались о его присутствии по свойствам соединений.

Такова история открытия более чем сорока химических элементов. Литий, бериллий, фтор, титан, ванадий, галлий, германий, торий, уран, редкоземельные и многие другие элементы сначала «опознавались» в виде соединений (преимущественно, окислов).

Из «менаковой земли», открытой Грегором в 1791 году, металлический титан удалось выделить лишь в 1825 году. Элементарный ниобий ученые получили спустя сто с лишним лет после его обнаружения. Некоторые редкоземельные металлы — тулий, иттербий, лютеций — приготовлены в свободном виде совсем недавно. Линии спектра, радиоактивные свойства выдали многие другие элементы тоже задолго до их выделения. Шведский химик Иене Берцелиус достиг немалых успехов в открытии новых химических элементов.

В 1815 году ученый мир с удовольствием узнал об его очередном открытии элемента, названного торием. Никто не пытался проверить открытие. Проверил свои анализы сам Берцелиус и убедился в ошибке. В память о неудаче он назвал минерал, из которого ему якобы удалось выделить торий, ксенотимом, что по-гречески означает «тщетная честь». Но Берцелиус сумел не только признать свою ошибку, но и взять у природы реванш. В 1828 году он открыл истинный торий. Эта маленькая история — свидетельство того, как настоящие ученые относятся к своим ошибкам. А вскоре наступило время, когда на химическом небосводе засияли почти одновременно десятки «ложных солнц». (И к слову об этих псевдооткрытиях можно было бы заказать целую дипломную работу по химии, например, у компании Gets5, на их сайте www.gets5.ru)

МЕТА-ЭЛЕМЕНТЫ СЭРА КРУКСА

С именем английского физика и химика Вильяма Крукса связано научных открытий ничуть не меньше, чем с именем Берцелиуса. Он открыл элемент таллий, доказал, что «солнечный» и «земной» гелий — один и тот же элемент, обнаружил так называемые катодные лучи. Кроме всего прочего он изучал фосфоресценцию — один из видов холодного свечения. К спектрам фосфоресценции он обратился для того, чтобы вывести из тупика химию редкоземельных элементов.

Вот немного статистики. За 30 лет — с 1878 по 1908 год — различные ученые сделали заявления об открытии более 100 (!) редкоземельных элементов; истинных же открытий оказалось в десять раз меньше. В этом химикам «помог» обычный спектральный анализ, точнее, слепое преклонение перед его могуществом. Дело доходило до курьезов: обнаружена новая линия в спектре, — следовательно, открыт новый элемент. Как правило, эти линии принадлежали примесям уже известных редких земель. Ученые растерялись перед таким обилием редкоземельных элементов, оно грозило взорвать периодическую систему. Требовалось объяснение.

Редкие земли хорошо фосфоресцировали под действием катодных лучей. Испускаемый ими свет разлагался в спектроскопе на ряд полос. «А что, если спектр фосфоресценции является фундаментальным свойством атома?» — подумал Крукс. Химическими операциями ученый разделил элемент иттрий на восемь фракций. Каждая из таких составляющих имела свой, отличный от других спектр фосфоресценции. В остальном же фракции были похожи друг на друга, как две капли воды. Британский ученый назвал их мета-элементами. «Быть может, все многообразие редких земель является многообразием этих самых мета-элементов? — вопрошал Крукс и утверждал: — Настоящих же редкоземельных элементов очень немного и каждый из них состоит из нескольких мета-образований». Увы, лекарство оказалось фикцией.

Француз Урбэн приготовил смеси различных редкоземельных окислов и сумел воспроизвести все спектры фосфоресценции, которые наблюдал Крукс. Это было своего рода доказательством от противного. Рассуждения Крукса были приведены к абсурду. Вообще в области редких земель ученые имели дело с целой галактикой «ложных солнц». Какие только названия не появлялись на страницах научных журналов: викторий и инкогнитий, австрий и демоний, дамарий и каролиний! Никогда история науки не знала столь большого количества ошибочных открытий, как в последние десятилетия XIX века. И Урбэн, опровергатель Крукса, сам оказался причастен к этой эпидемии ошибок.

ЗАГАДКА 72 ЭЛЕМЕНТА

Знаменитый датчанин Нильс Бор разработал теорию заполнения электронных оболочек в атомах. Его теория объяснила своеобразие редкоземельных элементов. В их атомах, начиная с церия, очередные электроны должны были поступать в глубинную, третью снаружи оболочку. Это и объясняло их сходство. Согласно Бору именно у последнего лантаноида, лютеция (№ 71), глубинная оболочка насыщалась полностью. Семьдесят второй элемент уже не мог быть редкоземельным.

Но еще в 1911 году, за десять лет до появления теории Бора, Урбэн заявил об открытии «кельтия». Ученый нисколько не сомневался в принадлежности новорожденного к группе редких земель. Когда в основу периодического закона легло понятие о заряде ядра и было строго доказано, что между лютецием (порядковый номер 71) и танталом (порядковый номер 73) существует «пробел», соответствующий неизвестному еще элементу, Урбэн поспешил отождествить этот пробел со своим кельтием.

Над электронной теорией Бора нависла опасность. Кельтий оказался неожиданным препятствием на пути развития периодической системы. Она могла примириться с пятнадцатью редкоземельными элементами — от лантана до лютеция; шестнадцатый, кельтий, не сулил ей ничего хорошего.

В споре родилась истина. Датчанин Костер и венгр Хевеши извлекли ее в 1923 году из циркониевых минералов, где Бор и советовал искать семьдесят второй элемент. Новому металлу дали имя в честь древней столицы Дании — Гафнии. Гафний оказался аналогом циркония и ничего общего не имел с кельтием. Это было триумфом теории Бора.

Но вот что любопытно. Рентгеновские спектры, на основании которых Урбэн заявлял об открытии кельтия, содержали множество линий. Среди них были и резкие, очень отчетливые, и слабые, едва различимые. Впоследствии выяснилось, что эти слабые линии как раз и принадлежали гафнию. Однако французские ученые не обратили на них внимания. Образно говоря, их ослепили яркие линии мифического кельтия. Из двух «солнц» — истинного и ложного — они выбрали последнее. А ведь удача была так близка… Правда, до сих пор французы нередко называют элемент № 72 кельтием. Как тут не вспомнить берцелиусовскую «тщетную честь»?

ЭЛЕМЕНТЫ ЛЕГЧЕ ВОДОРОДА

«Таких не бывает!» — уверенно скажет любой школьник. Разумеется, и не может быть: ведь водород имеет наименьший заряд ядра, равный единице.

А между тем многие крупнейшие ученые всерьез верили в существование элементов легче водорода. В том числе и сам Д. И. Менделеев. Великий ученый много лет занимался проблемой, так называемого мирового эфира, гипотетического легчайшего газа. Менделеев даже заявлял о существовании двух элементов «X» и «У», чьи атомные веса должны быть во много раз меньше атомного веса водорода, т. е. выражались долями единицы.

А астрономы несколько десятков лет спустя открыли в солнечной атмосфере новые спектральные линии — «визитные карточки» небулия и корония. И конечно, порешили отождествить их с менделеевскими «X» и «У». Увы, физики-теоретики покончили с этими «экспериментально открытыми элементами». В основу периодического закона лег заряд ядра. Это категорически отмело предположение о более легких, нежели водород, элементах.

А что же стало с небулием и коронием? Линии, которые приписывали этим двум элементам с «небесными» названиями, оказались линиями многократно ионизованных (лишенных большой части электронов) атомов самого обычного железа.

Продолжение следует.

Автор: Д. Трифонов.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *