И вечный поиск…(Книга о вечной жажде открытий, о поисках и находках, о путешествиях в прошедшее и будущее)

Менделеев был почетным членом почти всех академий и различных ученых обществ мира. Чтобы перечислить их, не хватило бы страницы. Рассказывают, что однажды Менделеев, увидев полное перечисление всех его ученых степеней и титулов, засмеялся и сказал:

— Нельзя печатать! Больше чем у царя!

Какими же путями пришел Менделеев к открытию великого закона природы и в чем сущность этого закона?

Еще студентом, досконально изучив все, что было известно химикам того времени, он много думал над тем, сколько же существует различных видов атомов, образующих различные элементы, что роднит, связывает эти элементы. Ответить на этот вопрос было очень трудно.

Слишком разнообразные свойства имели известные химикам простые вещества. Тут были твердые тела, жидкости, газы и металлы, вещества твердые и мягкие, тяжелые и легкие… Как найти общее в пестроте свойств? Чем объяснить эти свойства? Как установить порядок в самих элементах?

Ответить на эти вопросы до Менделеева было не под силу ни одному химику. Это мог сделать человек с блестящими химическими знаниями, ученый, обладающий необыкновенным даром обобщения и предвидения. Таким был Менделеев.

Что же присуще всем химическим элементам независимо от их качеств? Что общего, скажем, между мягким, легко окисляющимся на воздухе, блестящим металлом натрием и желтым, с резким удушающим запахом, легко окисляющим другие вещества, газообразным хлором? Как сравнить металлическую, хорошо проводящую электричество медь и хрупкую, совсем не проводящую электричества, легко воспламеняющуюся серу?

Чтобы объединить в одну таблицу химические элементы, Д. И. Менделеев взял за основу то общее, связующее и в то же время разъединяющее, что присуще им всем, — их атомный вес.

После долгих размышлений ученый пришел к выводу, что атомный вес элемента должен быть как-то связан со свойствами этого простого вещества. «Величина атомного веса определяет характер элемента», — пишет он.

Чтобы наглядно сопоставлять различные элементы друг с другом, Менделеев записал все химические элементы (а их было известно к тому времени 63) на отдельные небольшие карточки. На каждой такой карточке были указаны, кроме названия элемента, его атомный вес и основные свойства. После этого ученый расположил карточки в таком порядке, что все элементы следовали друг за другом по мере увеличения их атомных весов. Первым в этом ряду был водород, атомы его имели наименьший вес.

Долго изучал Менделеев полученный ряд элементов и не находил в этой последовательности никакой закономерности. Ни один элемент не походил по своим свойствам на своего соседа.

Но ученый не сдавался. Он был твердо уверен в том, что в ряду элементов в порядке увеличения атомных весов должна существовать какая-то закономерность. И снова всматривался в ряд элементов, еще и еще раз сопоставлял их свойства.

И победа пришла! Ученый обнаружил наконец последовательность в изменении свойств химических элементов — сходство свойств различных элементов в зависимости от их атомных весов. Оказалось, что это сходство наблюдается не у рядом стоящих элементов, а у веществ, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, разделенных иными, несхожими элементами.

Другими словами, свойства всех химических элементов по мере увеличения их атомных весов повторяются через определенный промежуток (через период элементов). Поэтому Д. И. Менделеев и назвал свою таблицу химических элементов периодической системой.

Вот перед нами один из таких периодов. В начале его — литий. Активный химический элемент с ярко выраженными свойствами металла. Далее — бериллий, чуть менее активный металл, он уже не совсем типичный металл. Третий элемент, бор, еще менее похож на металл, химическая активность его ниже, чем у лития и бериллия. Следующий элемент углерод, — основа всех органических веществ. Это уже переходный элемент от металлов к неметаллам. Затем мы видим азот — первый в этом периоде металлоид и самый малоактивный среди них; он входит в состав воздуха и носителей жизни — белков. Идущий за азотом кислород более активен, он легко вступает в химическое соединение со многими веществами. Следующий элемент, фтор, — самый активный и ярко выраженный металлоид. Заканчивает период инертный газ неон.

Так в одном периоде мы видим самые различные элементы. За этой группой элементов с самыми различными свойствами следует группа (период) элементов, свойства которых уже повторяют свойства веществ первого периода.

Но это было еще не все. Мы еще не сказали о тех выводах, которые сделал Менделеев из своего открытия. Великий химик искал всеобъемлющую связь, указывающую на единство всех известных элементов. И когда он нашел периодическую зависимость свойств этих элементов от их места в таблице и от их атомного веса, сделал гениальный вывод: зная, как должны изменяться свойства рядом стоящих элементов, зная, сколько элементов и с какими именно свойствами должно быть в каждом периоде, можно, во-первых, проверить, насколько правильно были определены атомные веса различных элементов; и во-вторых, можно видеть, где, в каких местах нет элементов с нужными для полного периода свойствами. Иными словами, теперь можно предсказывать, какие еще элементы должны существовать в природе, и даже заранее знать их свойства!

К примеру, Менделеев увидел, что на месте химического элемента, который по свойствам должен быть близок к алюминию, стоит совсем не похожий на алюминий титан. Ученому ясно: на месте титана должен находиться какой-то другой элемент, схожий с алюминием. Но какой? Он был неизвестен. Менделеев оставляет в таблице пустую клетку; ее должен занять пока еще не открытый элемент, по химическим свойствам обязательно схожий с алюминием. Менделеев дает ему условное название экаалюминий.

Ученый уверен, что этот элемент откроют в будущем, и подробно описывает его химические и физические свойства — цвет, растворимость, удельный вес.

Менделеев оставил пустые места и для других неизвестных еще элементов — родственников силиция (кремния) и бора. В 1871 году он писал: «Мы не имели до сих пор никакой возможности предвидеть отсутствие тех или других элементов потому именно, что не имели никакой строгой для них системы, а тем более не имели поводов предсказывать свойства таких элементов… Решаюсь это сделать ради того, чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».

Слово было за будущим.

Будущее отвечает

Очередное заседание Парижской академии наук не обещало ничего интересного. Неожиданно слово взял академик Вюрц:

— Господа, я позволю себе от имени нашего коллеги уважаемого Лекока де Буабодрана просить вскрыть пакет, переданный им достопочтенному секретарю академии три недели назад.

Как ни готовился Лекок де Буабодран к этому моменту, он не смог сдержать волнения: сейчас станет известно всем то, о чем до сих пор знал только он, его открытие станет достоянием науки…

А все началось с того, что, исследуя с помощью спектрального анализа различные минералы, Буабодран обнаружил незнакомый фиолетовый луч в спектре цинковой обманки, привезенной с Пиренейских гор. Нет сомнения, в этом минерале есть какой-то неизвестный элемент!

Недели напряженных поисков, и вот в руках у химика первая крупица этого элемента. Еще месяц лихорадочной работы, и выделен целый грамм серебристого металла. Пора начинать всестороннее изучение незнакомца. Да его еще нужно как-то назвать! И Буабодран нарекает новый элемент галлием, в честь древнего названия Франции.