Вот какая картина раскрывается перед нами, если попытаться в самых общих чертах представить многовековой процесс открытия химических элементов, символы которых заполняют ныне клетки периодической системы Д. И. Менделеева. Рассмотрим же этот процесс детально. Внимательно познакомимся с историей героев нашего повествования — с каждым в отдельности.

Но прежде несколько слов нужно сказать о том, как построена эта книга. Она состоит из двух частей: в первой рассказывается об элементах, обнаруженных в природе, во второй — о синтезированных элементах. Понятно, что часть первая должна начинаться с изложения исторических сведений об элементах древности (глава первая); затем речь пойдет об элементах, открытых в средние века (глава вторая). По отношению, к элементам, фигурирующим в этих главах, сам термин «открытие» еще не может быть применен. Он приобрел современное звучание после того, как уточнилось понятие «химический элемент». Этому событию способствовало развитие пневматической химии и постепенное опровержение теории флогистона, в ходе чего были открыты кислород, азот и водород и осознана их элементарная природа (глава третья).

Значительное количество новых химических элементов было обнаружено во второй половине XVIII и первой половине XIX в. с помощью химико-аналитического метода (глава четвертая), причем в выделении некоторых щелочных и щелочноземельных металлов сыграл роль электрохимический метод (этому специально посвящена глава пятая). На стыке 50-х и 60-х годов прошлого столетия был разработан спектроскопический метод, благодаря которому удалось констатировать существование на Земле нескольких новых элементов (глава шестая).

Особый интерес представляет открытие редкоземельных элементов, благородных (или инертных) газов и, наконец, элементов, предсказанных Д. И. Менделеевым на основе периодической системы. Хотя эти открытия совершились посредством химико-аналитического и спектроскопического методов, история отмеченных совокупностей элементов во многом специфична и ее изложение заняло специальные главы (главы седьмая, восьмая и девятая). Не менее своеобразна и история последних стабильных элементов, обнаруженных на Земле, — гафния и рения (глава десятая). Завершается первая часть книги рассказом об истории открытия радиоактивных элементов (глава одиннадцатая), и тем самым читатель входит в мир радиоактивности, мир нестабильных элементов и изотопов, значительное количество которых было получено искусственно, путем ядерных реакций.

Этим синтезированным элементам посвящается вторая часть книги, состоящая из двух глав (двенадцатая и тринадцатая). В первой из них читатель познакомится с синтезом новых элементов в прежних границах периодической системы — от водорода до урана (технеций, прометий, астат и франций). Вторая глава рассказывает об истории открытия трансурановых элементов и перспективах ядерного синтеза.

В заключение книги приведены статистические данные по истории открытия элементов. Обсуждено содержание понятия «открытие химического элемента» и рассказано о тех ошибках, которые имели место в истории открытия элементов (раздел о ложных открытиях написан В. П. Мельниковым).

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ.

ЭЛЕМЕНТЫ ОБНАРУЖЕННЫЕ В ПРИРОДЕ

Большинство химических элементов, известных к настоящему времени, были обнаружены в природных объектах, будь то различные руды и минералы или земная атмосфера, и можно с уверенностью сказать, что в природе более нет новых элементов, которые когда-либо будут найдены. Сюда причисляются все стабильные элементы, а также те, которые относят к естественно-радиоактивным. Их можно назвать и так: «открытые посредством анализа». Они существуют независимо от человека, от его знаний и методов исследования. Они существовали и на самых ранних этапах эволюции солнечной системы, когда формировалась планета Земля.

История открытия этих элементов и составляет содержание первой части нашей книги.

Более 90% элементов, найденных в природе, являются стабильными, т. е. не проявляют свойства радиоактивности. Они занимают в периодической системе Д. И. Менделеева клетки с 1 по 83, начиная от водорода и кончая висмутом. В этом ряду есть два «пробела», отвечающих элементам с Z=43 (технеций) и 61 (прометий). Причудливые закономерности свойств атомных ядер приводят к тому, что все изотопы технеция и прометия радиоактивны, характеризуются сравнительно небольшой продолжительностью жизни, а потому и не сохранились в природных объектах до нашего времени, а распались, превратившись в соседние стабильные элементы.

Естественно-радиоактивных элементов на Земле значительно меньше. Их последовательность в таблице начинается с полония (Z=84) и кончается ураном (Z=92). Среди них только торий и уран имеют очень большие периоды полураспада, а потому сохранились на Земле со времени ее образования и содержатся в довольно заметных концентрациях. Вот почему уран и торий были открыты как новые химические элементы задолго до того, как ученым удалось наблюдать явление радиоактивности. Других же естественно-радиоактивных элементов (полония, радона, радия, актиния и протактиния) несравненно меньше.

ГЛАВА I.

ЭЛЕМЕНТЫ ДРЕВНОСТИ

Древность, разумеется, понятие растяжимое, и потому название, под которым мы объединяем несколько химических элементов, в значительной степени условно. Но им широко пользуются в истории. В этой главе речь пойдет об элементах (главным образом металлах), упоминания об использовании которых встречаются в различных письменных источниках весьма далекого прошлого или их применение в те или иные времена удается установить на основании археологических данных.

Пользование термином «открытие» в данном случае совершенно беспочвенно. По временным меркам истории герои этой главы были признаны самостоятельными химическими элементами сравнительно недавно. Даты и авторы открытий вообще не могут фигурировать в описании ранних судеб элементов древности. В связи с этим и стиль, и метод изложения материала в настоящей главе будут специфическими. Это будет короткий рассказ о том, какие сведения об этих элементах известны и какое применение они имели в отдаленные времена.

Нам предстоит рассказать о семи металлах древности: золоте, серебре, меди, железе, свинце, олове, ртути — о «великолепной семерке» металлов, которая сыграла огромную роль и в развитии цивилизации, и в различных натурфилософских учениях. О сере, которой широко пользовались с давних времен. И наконец, об углероде. Быть может, именно он является самым древним химическим элементом, ставшим известным человеку. Поэтому с углерода мы и начнем историю химических элементов.

Иногда к элементам древности причисляют еще цинк, платину, сурьму и висмут, но сведения о том, что они были известны в древности, не очень определенны.

Определить точную дату открытия углерода невозможно. Однако установить, когда он был признан простым веществом, нетрудно. Для этого достаточно обратиться к «Таблице простых тел» Лавуазье, опубликованной в 1789 г. В ней углерод фигурирует как простое вещество. Но путь, который прошел углерод, прежде чем занять это место в таблице, измеряется не годами и даже не веками, а тысячелетиями. Человек познакомился с углеродом даже раньше, чем научился добывать огонь, встречаясь со сгоревшими от удара молнии лесами. Когда же человек овладел искусством добывания огня, углерод стал его постоянным спутником.

Углерод сыграл важную роль в развитии теории флогистона. Эта теория даже помогла на некоторое время укрепиться мнению, что углерод не есть простое вещество. Основатели теории флогистона принимали уголь за чистый флогистон. Первым, кто показал, что углерод есть простое вещество, был А. Лавуазье, который исследовал процесс сжигания угля и других веществ. Здесь мы немного отвлечемся от рассказа о том, как углерод стал самим собою, и вот почему.