В этой короткой главе речь пойдет о двух щелочных (натрий и калий) и двух щелочноземельных (магний и кальций) металлах. Они были открыты в первом десятилетии XIX в., причем сразу получены в свободном состоянии. Между тем соединения этих элементов были известны с очень давних времен, и едва ли можно сколь-либо определенно установить, когда впервые стали применять, например, поваренную соль, поташ, известь или магнезию. Все эти вещества сопровождали человека задолго до обнаружения содержащихся в них металлов.

А. Лавуазье поместил в «Таблицу простых тел» известь и магнезию, но воздержался от включения в нее едких щелочей — кали и натра, хотя писал, что эти вещества имеют сложный состав, и их природу еще предстоит изучить. Можно видеть некоторую историческую несправедливость по отношению к перечисленным выше элементам: ведь, например, барий был выделен в металлическом состоянии одновременно с ними, а его открытие связывается с гораздо более ранней датой. Но история открытия элементов часто бывала очень причудливой и непростой.

Характерная особенность открытий натрия, калия, магния и кальция состоит в том, что для выделения этих металлов в свободном виде впервые был успешно применен электрический ток, т. е. электрохимический метод, который по отношению к химико-аналитическому методу играет подчиненную роль. Но впоследствии электролиз расплавленных соединений позволял получить и другие металлы, первоначально открытые в форме соединений.

Вот почему мы сочли целесообразным посвятить истории открытия четырех упомянутых металлов специальную главу. Ее время действия ограничивается всего двумя годами, а главное действующее лицо — один из основателей электрохимии — Г. Дэви.

Соединения натрия и калия известны человечеству очень давно. Карбонаты этих металлов еще в Египте использовали для стирки белья. Одно из самых распространенных соединений натрия — поваренную соль — издавна употребляли в пищу, причем в некоторых странах она была очень дорогим продуктом; иногда между народами начинались войны за право обладать соляными копями. Карбонат натрия обычно получали из соляных озер, тогда как карбонат калия — выщелачиванием золы растений. Это отразилось и в их названиях. Первый раньше назывался минеральной щелочью, а второй — растительной. Слово алкали — щелочь впервые ввел в своих сочинениях средневековый алхимик Дж. Гебер, хотя он не делал различия между двумя карбонатами. Первые указания на их различную природу появились в 1683 г. Голландский ученый И. Бон отметил, что при использовании соды и поташа в одном и том же процессе форма кристаллов, выпадавших в осадок, различалась в зависимости от того, какое соединение было исходным продуктом.

В 1702 г. Г. Шталь обратил внимание на различие кристаллов некоторых соединений натрия и калия. Это явилось важным шагом в установлении различия между содой и поташом. В 1736 г. французский химик А. де Монсо доказал, что сода всегда присутствует в поваренной соли, глауберовой соли и в буре. Поскольку кислотная составляющая соды была известна, то вопрос об основной составляющей представлял значительный интерес. Сода образует с серной кислотой глауберову соль, с селитряной (азотной. — Авт.) кислотой — кубическую селитру (нитрат натрия. — Авт.) и с соляной кислотой — разновидность морской соли, считал А. де Монсо: разве это не дает права предположить, что она является основой морской соли?

Хотя химики давно подозревали, что щелочные земли представляют собой оксиды металлов, истинная природа соды и поташа не была изучена вплоть до начала XIX в. Даже А. Лавуазье не имел на сей счет определенной точки зрения. Он не знал, что представляют собой основные составляющие соды и поташа, допускал, что одним из составляющих может быть азот. Это заблуждение, судя по всему, возникло из-за того, что соли натрия, калия и аммония довольно похожи по своим свойствам.

Заслуга в определении этих составляющих принадлежит Г. Дэви. Сначала его преследовали неудачи, он не сумел с помощью гальванической батареи выделить металлы из соды и поташа. Ученый вскоре понял причину своей ошибки: ведь он брал насыщенные водные растворы этих соединений, а присутствие воды препятствует разложению. «Я решил расплавить безводный поташ», — записал Г. Дэви в октябре 1807 г. Как только Г. Дэви начал электролиз расплава едкой щелочи, на отрицательном электроде, опущенном в расплав, появились маленькие шарики с сильным металлическим блеском. Внешне они ничем не отличались от ртути. Некоторые из них тотчас же сгорали со взрывом и ярким пламенем, другие — не сгорали, а только тускнели, покрываясь белой пленкой. Многочисленные эксперименты показали, что шарики — это то самое вещество, которое я искал, и оно является легковоспламеняющимся основанием едкого кали, сделал вывод Г. Дэви.

Г. Дэви детально изучил этот металл и установил, что при реакции его с водой пламя появляется благодаря выделению водорода из воды. Изучив металл, полученный из едкого кали, Г. Дэви занялся поисками основания соды, использовав тот же метод, и вскоре выделил другой щелочной металл. Г. Дэви отметил, что для его получения потребовалась гораздо более мощная батарея, чем в первом случае. Но свойства обоих металлов оказались похожими.

За короткий срок ученый досконально исследовал свойства калия и натрия (их русские названия происходят соответственно от названия щелочей «кали» и «натр», ранее пользовались названиями «потасий» и «содий», от латинских potassium и sodium). Тем не менее некоторые химики подвергли сомнению их элементарность, считая калий и натрий соединением щелочей с водородом. Ж. Гей-Люссак и Л. Тенар вскоре убедительно показали, что Г. Дэви получил простые вещества.

Соединения магния, такие, как асбест, тальк, доломит, нефрит, известны с глубокой древности и использовались в различных целях. Их, однако, не считали самостоятельными веществами, а принимали за разновидности извести.

В 1618 г. Г. Викер открыл близ Эпсома в Англии минеральные источники. В 1695 г. в них обнаружили горькую соль (сульфат магния), которую стали применять в лечебных целях.

Затем ученые выяснили, что искусственная эпсомская соль может быть получена путем добавления серной кислоты к маточному раствору, оставшемуся после очистки соли, извлеченной из морской воды. Установили и различие между эпсомской и глауберовой солью (сульфат натрия), но еще долго не могли выявить разницу между известью и белой магнезией. Это впервые сделал Дж. Блэк, который установил различную растворимость этих веществ и их сульфатов в воде. По предложению К. Ньюмана оксид магния считался белой магнезией в отличие от магнезии черной, представляющей собой пиролюзит. Металлический магний впервые получил Г. Дэви в 1808 г., используя ту же методику, что и для получения калия и натрия. Правда, он приготовил не очень чистый металл и в очень малых количествах. Большие количества металла в чистом виде получил в 1831 г. французский химик А. Бюсси. Название элемента производится от слова «магнезия».

Минералов кальция известно очень много. Это, например, известняк, гипс, алебастр, главным образом, карбонатные и сульфатные породы. С этими минералами человек познакомился очень давно. Больше того, уже в давние времена люди превращали путем обжига известняк в негашеную известь, и об этом упоминал Плиний Старший. Но только в 1755 г. Дж. Блэк показал, что потери веса (массы) при обжиге целиком объясняются исчезновением связанного воздуха — углекислого газа.

Слово «алебастр» в древности служило для обозначения двух минералов. За первым (одной из разновидностей сульфата кальция) это название сохранилось до сих пор, но в Египте, например, под этим словом понималась одна из разновидностей кальцита (карбоната кальция).