Удивительно яркой и феерической выглядит сама история их открытия. Загадочный солнечный элемент гелий был обнаружен на Земле, и один только этот факт подчеркнул, насколько более изобретательным и зорким стал человек в своем стремлении глубже и лучше понять природу.
Не менее поначалу загадочный аргон вселил смуту в умы ученых. Его химическая инертность словно и не давала оснований считать его элементом в обычном понимании, ибо он не проявлял химических свойств. Но исследователям пришлось привыкнуть к этой необычной ситуации и утвердиться в мысли, что могут быть элементы, неспособные к химическим взаимодействиям. Подобная мысль явилась очень плодотворной. Инертные газы способствовали представлениям о нулевой валентности. Они, далее, придали дополнительную стройность структуре периодической системы, образовав ее самостоятельную нулевую группу. Они спустя почти четверть века после своего открытия помогли Н. Бору развить теорию строения электронных оболочек атомов. Эта теория в свою очередь объяснила их инертность. А устройство атомов инертных газов легло в основу представлений об ионной и ковалентной связи. Итак, теоретическая химия многим обязана открытию этих элементов.
В начале 60-х годов они еще раз поразили научный мир. Ученые доказали, что ксенон (главным образом) и криптон все-таки способны образовывать химические соединения. Теперь их известно уже более 150. Парадоксальность столь позднего развенчания мифа о полной химической бездеятельности инертных газов очевидна и представляет любопытный штрих их истории.
Инертные газы относятся к числу наиболее редких стабильных элементов, существующих на Земле. Вот сведения, которые приводил еще сам В. Рамзай. Один объем гелия приходится на 245 000 объемов атмосферного воздуха, неона — на 81 000 000, аргона — на 106, криптона — на 20 000 000 и ксенона — на 170 000 000. С тех пор эти числа почти не изменились. В. Рамзай сказал как-то, что ксенона в воздухе меньше, чем золота в морской воде. Одна эта фраза стоит многих разглагольствований о том, сколь мучительным было познание инертных газов.
ГЛАВА IX.
ЭЛЕМЕНТЫ, ПРЕДСКАЗАННЫЕ НА ОСНОВЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ (ГАЛЛИЙ, СКАНДИЙ, ГЕРМАНИЙ)
«Без периодического закона мы не имели никаких поводов предсказывать свойства неизвестных элементов, даже не могли судить о недостатке или отсутствии тех или других из них. Открытие элементов было делом одного наблюдения. И оттого-то только слепой случай и особая прозорливость и наблюдательность вели к открытию новых элементов… Закон периодичности открывает в этом… отношении новый путь»[7] — этими словами Д. И. Менделеев четко высказал мысль о том, что в истории химических элементов наступило время, когда стало возможным заранее предвидеть существование еще не открытых элементов и оценивать их важнейшие свойства.
Основу для этого давала периодическая система. Уже из самой ее структуры было в той или иной степени видно, где находятся пробелы, отвечающие неизвестным элементам. Зная же свойства их известных соседей по системе, можно было посредством логических рассуждений и простых арифметических операций оценить наиболее характерные свойства незнакомых элементов, рассчитать некоторые количественные параметры (атомная масса, плотность, температура плавления и кипения и т. д.). Но для этого требовалась громадная эрудиция в области химии. Ею обладал в полной мере Д. И. Менделеев. Помноженная на научную смелость и веру в справедливость закона периодичности, эрудиция великого ученого позволила ему сделать блестящие предсказания существования и свойств некоторых новых элементов.
Гениальные предвидения Д. И. Менделеева уже давно стали хрестоматийными, и ни один учебник химии не обходится без упоминания менделеевских прогнозов экаалюминия, экабора и экасилиция, которые впоследствии воплотились в галлий, скандий и германий.
Посмотрите на те сопоставления, которые приводятся ниже.
| Экаалюминий Еа | Галлий Ga |
| Атомная масса ≈ 68 | Атомная масса 69,72 |
| Простое тело должно быть низкоплавкое | Температура плавления 29,75°C |
| Плотность металла близка к 6,0 | Плотность 5,9 (тв.) |
| Объем атома должен быть близок к 11,5 | Атомный объем 11,8 |
| На воздухе не изменяется | Слабо окисляется при красном калении |
| Должен разлагать воду при кипячении | Разлагает воду при высокой температуре |
| Образует квасцы, но труднее, чем Al | Дает квасцы NH4Ga(SO4)2∙12Н2О |
| Еа2О3 должна легко восстанавливаться до металла | Ga легко восстанавливается прокаливанием Ga2O3 в токе водорода |
| Еа более летуч, чем Al, будет открыт методом спектрального анализа | Ga открыт спектроскопическим методом |
| Экабор Eb | Скандий Sc |
| Атомная масса ≈ 44 | Атомная масса 45,1 |
| Плотность ≈ 3,0 | Плотность 3,0 |
| Объем атома около 15 | Атомный объем 15 |
| Металл нелетуч и не может быть открыт спектральным анализом | Летучесть низкая |
| Образует основной оксид | Образует основной оксид |
| Воду будет разлагать при повышенной температуре | Разлагает воду при кипении |
| Eb2О3 в воде нерастворима, плотность ≈ 3,5 | Sc2O3 в воде не растворяется, плотность 3,864 |
| Eb2О3 с большим трудом образует квасцы | Sc2O3 образует двойную соль 3К2SО4∙Sc2(SO4)3 |
| Экасилиций Es | Германий Ge |
| Атомная масса ≈ 72 | Атомная масса 72,60 |
| Плотность ≈ 5,5 | Плотность 5,327 |
| Атомный объем ≈ 13 | Атомный объем 13,57 |
| Плотность EsO2 ≈ 4,7 | Плотность GeO2 4,280 |
| Основные свойства выражены слабо | GeO2 имеет амфотерный характер |
| EsCl4 будет жидкостью, температура кипения ≈90°C | GeCl4 — жидкость, температура кипения 83°C |
| Способность Es раскисляться низкая | Ge с трудом образует низшие степени окисления |
| Существует непрочное соединение EsH4 | Получен легкоразлагающийся GeH4 |
| Существует металлоорганическое соединение Es(C2H5)4 | Известно Ge(C2H5)4 |
