Как были открыты химические элементы

СМУТНОЕ ВРЕМЯ В ИСТОРИИ РЗЭ

Если обратиться к современному списку редкоземельных элементов, то оказывается, что они после 1886 г. почти все были известны. Отсутствовал лишь прометий (это совершенно особый случай), да предстояло появиться на свет европию и лютецию, что случилось уже в двадцатом столетии. Основной массив РЗЭ был обнаружен, оставались частности. Но кто догадывался об этом во второй половине 80-х годов прошлого века? Кто мог с уверенностью сказать, что природная кладовая РЗЭ почти уже исчерпана?

Скорее (и охотнее) мысль ученых развивалась в противоположном направлении — в ожидании блистательных открытий новых порций редких земель, подобно открытиям «самария» и гадолиния, празеодима и неодима, гольмия и тулия. И не так-то просто было поставить какое-то строгое ограничение желаемому. В периодической системе РЗЭ должны были занимать обширное пространство между барием и танталом. Разница в величинах их атомных масс составляла 45 единиц. В этот промежуток могло быть втиснуто большое число элементов — как известных РЗЭ, так и еще неизвестных. Сколько именно, никто не мог ответить. Двадцать, тридцать или сорок, наконец, — все эти оценки находились в пределах разумного. И вот такая зыбкая почва оказалась благодатной для поистине массовых открытий новых РЗЭ.

Многие видные, знающие цену действительным успехам химики с энтузиазмом принимались за очередные расщепления известных РЗЭ и получали удивительные результаты, которые спустя короткое время сами же признавали ошибочными. Открыватель скандия Л. Нильсон и его ассистент Г. Крюсс в 1887 г. черным по белому написали, что гольмий может быть разделен на четыре составляющие, а диспрозий — на три. Словом, одним махом на свет появились семь новорожденных РЗЭ. Б. Браунер, тщательно взвешивавший каждое слово, прежде чем предать его гласности, обнаруживает в церии примесь, которую называет метацерий. И так далее.

Уж очень уверовали ученые в спектрометрический метод: обнаружена новая линия в спектре — значит, открыт новый элемент. Спектральный анализ того времени был еще сравнительно молод, и однозначно установить, когда новая линия действительно говорит о новом элементе, а когда она принадлежит примеси элемента давно известного, удавалось не всегда. Вот один, пожалуй, основной источник ложных открытий РЗЭ. Другой состоял в однообразности операций их разделения. Двумя методами довольствовались химики: дробной кристаллизацией и дробным осаждением. В первом случае использовалась определенная разница в растворимости солей РЗЭ, во втором — их различие в основности. Как установить, получена, наконец, чистая редкая земля или же она сохранила примеси? Время от времени нужно было определять молекулярную массу выделяемого оксида РЗЭ. Если она сохраняет более или менее постоянное значение, следовательно, цель достигнута. Но уж очень капризным был этот метод контроля.

80-е годы — время, когда закон периодичности и периодическая система Д. И. Менделеева получили достаточно широкое признание. Теперь любой вновь открытый химический элемент уже нельзя было мыслить вне менделеевской таблицы. Ему должно было соответствовать определенное место в ней. РЗЭ почти все оставались вне системы. Не потому, что в последней отсутствовали свободные места; их было в избытке между барием и танталом. Эти места не соответствовали свойствам РЗЭ. Если их размещать по отдельным группам таблицы, это означало бы, что во все группы, кроме III и IV, внесены чужеродные элементы. Вот почему Б. Браунер так настойчиво стремился доказать пятивалентность дидима. Так ли уж трудно было не наделать ошибок в области РЗЭ, если эти элементы вступали в конфликт с периодической системой? Пожалуй, впервые в истории химических элементов возникла идея, что РЗЭ, может быть, вовсе не являются элементами в обычном понимании этого слова, что они как бы представляют собой разновидности обыкновенных элементов. Именно поэтому они (эти разновидности) так бесподобно близки по свойствам.

Подобная точка зрения исходила от человека, с именем которого мы уже встречались в книге и встретимся еще не раз. Это был английский ученый В. Крукс, открыватель таллия. В. Крукс считал, что РЗЭ — это и есть разновидности, модификации обычных элементов. Такие разновидности он назвал метаэлементами. Он делал свои выводы на основе спектральных исследований. Спектральный анализ здесь подвел. П. Лекок де Буабодран показал, что наблюдения В. Крукса ошибочны.

Так рухнула гипотеза метаэлементов. Но ведь бывает, что даже в самой фантастической идее порой содержится рациональное зерно. Полагая обычные элементы состоящими из смеси метаэлементов, В. Крукс допускал для каждого из элементов существование разновидностей атомов. Он даже предлагал заменить термин «элемент» понятием «элементная группа».

Это уже повод для сопоставления с будущим. Попробуйте сравнить со взглядами В. Крукса идеи о том, что многие химические элементы являются смесью изотопов. И окажется, что В. Крукс с поразительной точностью предвосхитил грядущие представления об изотопии.

Смутным временем в истории РЗЭ мы назвали последние годы XIX в. Но шаг за шагом все четче проступали контуры истины. Уже некоторые ученые более или менее точно оценивали возможное количество РЗЭ. Например, датский физик Ю. Томсен прямо попал в точку, назвав число 15. Это тот самый Ю. Томсен, который предложил лестничную форму таблицы Д. И. Менделеева, применяемую и сейчас. Б. Браунер предложил вариант размещения РЗЭ в периодической системе, поместив их в одну группу, — словом, так, как принято в наши дни.

На Всемирной выставке в Париже в 1900 г. экспонировались образцы металлических лантана, церия и неодима, что считалось большим достижением науки и техники.