Как были открыты химические элементы

РЕНИЙ

Исторически у рения есть неоспоримое преимущество перед гафнием: никто и никогда не сомневался в том, что элемент № 75 должен быть аналогом марганца, тримарганцем, по терминологии Д. И. Менделеева. Во всем же остальном определенность по отношению к рению утрачивается.

Проделаем небольшой эксперимент. Возьмем наугад несколько монографий и учебников, в которых рению уделено достаточное внимание. В одном случае авторы единодушны, в другом — они противоречат друг другу. Все до одного утверждают, что датой открытия рения должен считаться 1925 г. И наоборот, почти все называют различные природные источники, откуда был выделен рений. Вот какой набор минералов представлен здесь: колумбит и платиновая руда, самородная платина и танталит, ниобит и вольфрамит, альвит и гадолинит. Даже искушенный геохимик не сразу освоится с таким набором удивительно разнообразных по составу минералов.

Приняв к сведению это любопытное обстоятельство, назовем авторов открытия рения: немецкие химики В. Ноддак, И. Такке (впоследствии И. Ноддак), а также спектроскопист О. Берг. Их авторство никто и никогда не оспаривал. По-видимому, здесь единственный в своем роде случай, когда еще не открытым элементом заинтересовались промышленные круги. Предпринимателям хорошо были знакомы закономерности, которые вытекали из периодической системы. В электротехнике широко использовался вольфрам. И были основания считать, что элемент с порядковым номером 75 будет обладать еще более ценными для электротехники свойствами. Скорее всего, первые попытки будущих супругов Ноддак найти этот элемент стимулировались запросами практики.

Начиная с 1922 г. они приступили к этой работе, проведя тщательную подготовку. Прежде всего они собрали все публикации, в которых провозглашалось открытие аналогов марганца. Хотя эти сообщения и не нашли в свое время подтверждения, было небезынтересно их проверить. Затем ученые составили обширную программу поисков. Речь шла сразу о двух элементах. Ведь среди аналогов марганца был неизвестен не только элемент № 75, но и его более легкий предшественник — элемент № 43, судьба которого была необычной (см. с. 166). Периодическая система позволяла достаточно подробно прогнозировать их свойства. Сейчас можно сравнить то, что прогнозировали Ноддаки в отношении будущего рения, с действительными характеристиками некоторых свойств этого элемента. Вот это сопоставление: Прогноз Современные данные Атомная масса 187–188 186,2 Плотность 21 20,5 Температура плавления 3300 К 3323 К Формула высшего оксида Х2О7 Re2O7 Температура плавления высшего оксида 400–500°C 220°C

Совпадение, — мало сказать, превосходное. Только температура плавления оксида оказалась значительно ниже ожидаемой. А в целом классический менделеевский метод предсказания свойств еще не открытых элементов здесь целиком себя оправдал. Иными словами, И. и В. Ноддаки отчетливо представляли, каким именно должен быть элемент № 75. Добавим также и элемент № 43. История будущего рения такова, что параллельно ей развивалась история его легкого аналога.

В каких природных объектах могли скрываться искомые элементы? Составляя прогноз геохимического поведения будущего рения, И. и В. Ноддаки учли все, что позволяла теоретическая геохимия того времени, даже то, что он должен быть весьма редким элементом. Они только не могли предсказать, что это будет рассеянный элемент, и потому кажущиеся бесспорными закономерности являются отнюдь не бесспорными.

Две группы минералов наметили ученые, предполагая искать аналоги марганца: платиновые руды и так называемые колумбиты — танталиты. Четыре года (с 1921 по 1925 г.) потратили они, чтобы найти желаемое. Видимо, тщетно. Тут подоспело сообщение об открытии гафния (чье существование в природе было доказано рентгеноспектральным методом). Несомненно то, что данное событие не могло не навести И. и В. Ноддаков на мысль таким же способом доказать существование в природе аналогов марганца. Тогда-то они и призвали на помощь специалиста в области рентгеновской спектроскопии — О. Берга.

В июне 1925 г. в печати появляется статья В. Ноддака, И. Такке и О. Берга об открытии двух недостающих элементов — аналогов марганца: мазурия (№ 43) и рения (№ 75), названных так в честь двух провинций Германии и найденных в двух минеральных образованиях: в колумбите и уральской платине. Главным аргументом служат их рентгеновские спектры. Но о выделении новых элементов в материальной форме пока нет речи, и очень запутанными выглядят рассуждения исследователей. Сообщение немецких ученых, несомненно, привлекает внимание, и возникает желание воспроизвести полученные результаты.

Но воспроизведения не следует. Спустя год советский ученый О. Е. Звягинцев с коллегами неопровержимо доказывает, что в уральской платиновой руде вовсе нет никаких новых элементов. Этот природный объект немецкие химики прекращают исследовать. Остаются колумбиты — пестрые по составу минералы, но обязательно содержащие, согласно прогнозу, загадочные экамарганцы. Минералы подвергают сложной химической обработке с целью сконцентрировать искомые элементы и проводят рентгеноспектральный анализ. Данные обнадеживающие, но нельзя сделать окончательный вывод: ученые никак не могут получить сколь-либо осязаемые количества соединений элементов № 43 и № 75, не могут экспериментально определить ни одного их свойства.

Результаты работ И. и В. Ноддаков никто не способен воспроизвести. Их соотечественник, химик В. Прандтль даже командирует в их лабораторию своего ассистента А. Гримма, чтобы тот на месте посмотрел, как получают экамарганцы. А. Гримм точно скопировал методику обнаружения, вернувшись домой, внес в нее усовершенствования и… мы, к сожалению, не знаем, очень ли он сокрушался о потерянном времени. Сомневаются в результатах немецких коллег англичанин Ф. Лоринг, чехи Я. Гейровский и И. Друце. Правда, потом эти исследователи сами выступят с заявкой на открытие элемента № 75 другими методами и в других препаратах. История сохранит их имена, но не как авторов обнаружения рения.

Авторы сообщения об открытии рения полагали, что им удалось выделить и элемент № 43 (будущий технеций). Теперь известно, что его присутствие они уже ни в коем случае не могли зафиксировать. А между тем этим результатам они даже чуточку больше доверяют — больше верят в открытие того, чего нет в природе. С современных позиций, это обстоятельство играет не в их пользу. Время идет, и они убеждаются, что круг изучаемых минералов должен быть существенно расширен. Прежний геохимический прогноз, очевидно, не оправдался. Два лета подряд (в 1926 и 1927 гг.) И. и В. Ноддаки выезжают в Норвегию для сбора минералов. Так объектами поисков становятся танталит, гадолинит, альвит, фергусонит, молибденовый блеск. Анализируя их в начале 1928 г., ученые выделяют, наконец, около 120 мг рения, причем особенно щедрым оказался молибденовый блеск, сульфид молибдена. Ранее же он никогда не считался в числе минералов, могущих содержать экамарганцы.

Так, рений стал, наконец, реальностью. Все сомнения отпали, символ Re навсегда занял семьдесят пятую клетку таблицы Менделеева. Мазурий же долго оставался неразгаданным.

Следовательно, 1928 г. — это дата достоверного открытия рения, завершающий шаг в длительном процессе поисков. Что же касается общепринятой даты — 1925 г., то ее правильнее рассматривать лишь как веху в предыстории элемента.

Составляя программу поисков, И. и В. Ноддаки скрупулезно собрали все публикации, где говорилось о якобы имевших место обнаружениях экамарганцев в природе. Эти записи были утеряны во время второй мировой войны. Но, без сомнения, в них фигурировало имя русского ученого С. Ф. Керна и название «дэвий». Быть может, это самое достоверное из недостоверных открытий новых элементов. И столь же возможно, что история элемента № 75 могла начаться на 50 лет ранее.

А было так. В 1877 г. появились сообщения об открытии нового металла — дэвия, названного в честь Г. Дэви. Это вызвало большой интерес. Д. И. Менделеев предлагал пригласить С. Ф. Керна на заседание Русского химического общества для доклада. Лаборатория Р. Бунзена в Гейдельберге решила тщательно проверить результаты С. Ф. Керна. Впоследствии двум-трем другим ученым удалось подтвердить наблюдения С. Ф. Керна. Самое же интересное заключается в том, что некоторые химические реакции для дэвия оказались в точности такими же, как впоследствии было установлено для рения. Можно ли поставить здесь равенство между дэвием и рением?

По каким-то причинам С. Ф. Керн охладел к своему открытию и после 1878 г. никогда более не занимался дэвием. Он выделил элемент из платиновых руд. В свете современных представлений это кажется ошибкой (вспомним работы О. Е. Звягинцева в 1926 г.). Но дело в том, что платиновые руды сложны и изменчивы по составу. В уральской руде действительно нет рения. Но присутствие его в виде следов в рудах других месторождений можно считать установленным фактом.

С. Ф. Керн исследовал очень редкий образец платиновой руды с острова Борнео, где к тому времени месторождения практически были выработаны. В начале XX в. на острове работал русский химик Г. П. Черник. Анализируя платиновые руды, он во всех анализах обнаруживал постоянную потерю в массе и пытался объяснить ее присутствием неизвестного элемента. Может, это и был дэвий С. Ф. Керна?

И. Друце в 1950 г. посвятил дэвию большую статью. В ней он писал, что если рений обнаружится в платиновых минералах, то подтвердится давнишнее открытие С. Ф. Керна. Образцы платиновых руд с Борнео хранятся ныне лишь в немногих минералогических музеях мира. Их стоило бы детально проанализировать. Это тот случай, когда историю химического элемента можно было бы описывать с новых позиций.