Занимательная геохимия. Химия земли

Семь металлов создал свет
По числу семи планет.
Дал нам космос на добро
Медь, железо, серебро,
Злато, олово, свинец…
Сын мой! Сера их отец.
И спеши, мой сын, узнать:
Всем им ртуть родная мать!

(стихотворный перевод Н. Морозова)

Алхимики, а позднее некоторое время и химики называли металлы именами планет: золото — Солнце, серебро — Луна, ртуть — Меркурий, медь — Венера, железо — Марс, олово — Юпитер, свинец — Сатурн. Мышьяк и сурьма не считались металлами, хотя их свойства окисляться и возгоняться при нагревании были известны очень хорошо.

К сожалению, алхимики часто маскировали свои рецепты нелепыми и подчас трудно понимаемыми аллегориями.

Вот, например, «филозофическая рука алхимиков». Вы видите на ладони рыбу — символ ртути и огонь — символ серы. Рыба в огне — ртуть в сере, — по мнению алхимиков, первоисточник всех видов вещества.

Из соединения этих элементов, как пальцы из ладони, возникают пять главных солей, знаки которых стоят над пальцами: корона и луна — символ селитры; шестиконечная звезда — железный купорос; солнце — нашатырь; фонарь — символ квасцов; ключ — кухонная, или поваренная, соль.

Теперь понятно, что, когда алхимик писал: «взяв короля, его надо прокипятить…», — он имел в виду селитру, а кладя в реторту «фунт длинного пальца», он думал о нашатыре…

Алхимики также знали, что каждому металлу соответствует своя «земля», или «известь», и умели при помощи кислот эти «извести» (или, как мы говорим теперь, — «окислы») получать из всех металлов. Но они думали, что «извести» — более простые тела, а металлы — это соединения «известей» с «флогистоном», особым летучим началом огня.

«Филозофическая рука» алхимиков

Нужны были гений и трудолюбие Ломоносова и Лавуазье, чтобы доказать, что, наоборот, «ртутная известь» — сложное тело, состоящее из ртути и только что открытого Пристли газа кислорода, и что вес этого газа в точности равен прибавке в весе «ртутной земли». Годы этого открытия (1763–1775) по справедливости считаются годами начала современной химии и крушения алхимических фантазий, которые давно уже мешали научному изучению природы.

К этому времени было известно несколько десятков элементов: еще в 1669 году Бранд открыл фосфор, а в середине XVIII века были открыты кобальт, никель и научились из «цинковой земли» получать металл цинк. Наконец в 1748 году в Америке Антонио Улоа описал новый, похожий на серебро металл — «серебришко», или платину.

Но настоящая ревизия всех «простых» тел началась только в последней четверти XVIII и начале XIX столетия. В 1774 году были открыты кислород и хлор, и через десять лет, разлагая воду током от гальванических батарей, Кавендиш открыл водород и выяснил состав воды.

Дальнейшие открытия элементов шли закономерно: брали природное новое тело и разлагали его на составные части. В ряде случаев наталкивались на новые элементы. Так были открыты марганец, молибден, вольфрам, уран и цирконий, а также ряд других элементов.

В 1808 году Дэви усовершенствовал электролиз, а русский ученый Якоби усилил мощность тока и научился при помощи керосина и минеральных масел защищать продукты электролиза от окисления. Так были получены щелочные металлы в чистом виде, — были открыты калий, натрий, кальций, магний, барий и стронций.

За 14 лет, с 1804 по 1818 год, было открыто 14 элементов (кроме тех, о которых мы говорили, были открыты: йод, кадмий, селен и литий). За ними последовали бром, алюминий, торий, ванадий и рутений. А потом следует перерыв: нужны были новые методы исследований, старые уже исчерпали свои возможности.

Лишь когда в 1859 году был открыт спектральный анализ, снова последовали открытия, теперь уже таких элементов, которые были близки по свойствам к ранее изученным и не могли быть от них отличены старыми научными методами. Были открыты: рубидий, цезий, таллий, индий, эрбий, тербий и некоторые другие. Когда Д. И. Менделеев в 1868 году открыл свой знаменитый закон, ему уже было известно 60 элементов.

С этих пор наука получила твердую уверенность в существовании тех или иных элементов.

Оказалось, что у каждого элемента есть в таблице свое место, общее число всех элементов ограничено и пустые клетки — это еще не открытые элементы.

Для трех из них — экаалюминия (клетка № 31), экасилиция (клетка № 32) и экабора (клетка № 21) — Менделеев предсказал главные физические и химические свойства. Его предсказание блестяще подтвердилось, когда эти элементы были открыты. Экабор был назван скандием, экаалюминий — галлием, а экасилиций — германием.