Как был открыт германий

В начале марта 1886 года в Петербург на имя Дмитрия Ивановича Менделеева пришло письмо. В нем говорилось:

«Милостивый государь!

Разрешите мне при сем передать Вам оттиск сообщения, из которого следует, что мной обнаружен новый элемент „германий“. Сначала я был того мнения, что этот элемент заполняет пробел между сурьмой и висмутом в Вашей замечательно проникновенно построенной периодической системе и что этот элемент совпадает с Вашей экасурьмой, но все указывает на то, что здесь мы имеем дело с экасилицием.

Я надеюсь вскоре сообщить Вам более подробно об этом интересном веществе; сегодня я ограничиваюсь тем лишь, что уведомляю Вас о весьма вероятном новом триумфе Вашего гениального исследования и свидетельствую Вам свое почтение и глубокое уважение.

Преданный Клеменс Винклер.

Фрейберг, Саксония,

26 февраля 1886 г. ».

Видимо, недаром почти за сто лет до открытия германия Генри Кавендиш не уставал повторять, что «все определяется мерой, числом и весом». Анализируя довольно редкий минерал аргиродит, незадолго перед этим найденный в Саксонии, Клеменс Винклер обнаружил, что в нем содержались в основном серебро и сера и в качестве небольших примесей железо, цинк и ртуть. Но его сразу же поразил количественный результат анализа – сумма процентного содержания всех найденных в аргиродите элементов упорно держалась цифры 93 и никак не хотела доходить до 100 процентов.

Что же могли представлять собой неуловимые 7 процентов? Ведь методы анализа большинства известных к тому времени элементов довольно хорошо отработали и ни один не должен был скрыться от глаз химика. И Винклер делает смелое предположение: раз эти 7 процентов ускользают при существующей методике анализа, значит, они принадлежат неизвестному элементу. Предположение подтвердилось. Слегка изменив схему анализа, ученый выделил неуловимые 7 процентов и доказал, что они относятся к новому, еще не известному в то время элементу, который был назван в честь родины Винклера германием.

Весовой анализ сыграл важную роль в открытии и другого элемента – аргона, представителя нулевой группы периодической системы.

В начале 90‑х годов прошлого столетия английский физик Рэлей занялся определением плотности газов, а отсюда и их атомных весов. Все было хорошо, пока исследователь не дошел до изучения азота. И здесь начались какие‑то странности. Литр азота, выделенного из воздуха, весил на 0,0016 грамма больше, чем такое же количество азота, полученного из химических соединений. Злосчастный литр азота из азотистокислого аммония, закиси или окиси азота, мочевины, аммиака и других соединений упорно оказывался легче «воздушного» на ту же самую величину.

Так и не найдя причину этого странного различия, Рэлей публикует заметку в лондонском журнале «Природа», где подробно рассказывает о своих результатах. Вскоре на эту заметку откликнулся химик Рамзай, и, объединив свои усилия, исследователи добились разрешения загадки. В августе 1894 года они сообщили об открытии нового элемента, аргона, который и был причиной первых неудач Рэлея. Оказалось, что содержание его в воздухе составляет около одного процента.

Так ординарный весовой анализ помог ученым открыть новые элементы. Ни одна химическая лаборатория не обходит его своим вниманием и сейчас. Обычное взвешивание помогает в конце концов определить, в каком количестве содержатся составляющие элементы в сложных соединениях и минералах. Конечно, этому предшествуют трудоемкие химические операции отделения различных элементов друг от друга.

Свет и цвет

Перед каждым значительным праздником мы можем услышать по радио слова диктора: «Приказ министра обороны… В ознаменование… приказываю: произвести салют в столице нашей Родины Москве, в столицах союзных республик, а также в городах‑героях…»

Красиво небо во время салюта. Желтыми, зелеными, красными огнями расцвечивается оно под грохот орудийных залпов. Традиция отмечать праздники салютами и фейерверками очень стара. Еще за две тысячи лет до нашей эры в Китае было известно искусство пиротехники. Но использовать цвет пламени для химического анализа ученые додумались относительно недавно.

Немногим больше ста лет назад немецкий химик Кирхгоф обратил внимание, что соли различных металлов окрашивают бесцветное пламя газовой горелки в различные цвета. Так, соли натрия придают пламени желтую окраску, кальция – карминово‑красную, бария – зеленую и т. д.

Кирхгоф быстро сообразил, что окрашивание пламени в определенный цвет солями различных металлов дает возможность быстро и безошибочно устанавливать присутствие тех или иных химических элементов в изучаемых веществах. Однако радость оказалась преждевременной. Все было хорошо, пока ученый пользовался чистыми солями. Но если, например, смешать соли натрия и калия, то на фоне ярко‑желтого пламени горелки (обязанного своим цветом присутствию натрия) фиолетовую окраску калия практически невозможно разглядеть.

На помощь химику Кирхгофу пришел физик Бунзен. Он предложил рассматривать пламя горелки, в которое вносится смесь солей, через специальный прибор – спектроскоп. Основной его деталью служит призма, которая, если через нее пропускать белый свет, разлагает его в спектр, то есть на составляющие. Само название «спектроскоп» по‑русски и означает «наблюдать спектр».

Вот здесь‑то ученых и поджидала удача. Оказалось, что в отличие от других источников света пламя газовой горелки, в которое вносилась испытуемая соль, давало не сплошной, а линейчатый спектр, причем положение линий на спектре было строго постоянным. Так, если рассматривать в спектроскоп пламя, в которое внесли соли натрия, можно различить две очень близкие друг к другу исключительно яркие желтые линии. Если в пламя внести соли калия, на спектре мы увидим одну красную и две фиолетовые линии и т. д.

Кирхгоф и Бунзен обнаружили, что линии определенных химических элементов появляются на одних и тех же местах всегда, когда их соли вносятся в пламя. Мы можем внести в пламя хлористый, сернокислый, углекислый, азотнокислый натрий, и всегда линии натрия будут появляться на одном и том же месте. Даже если мы смешаем соли натрия с какими‑нибудь другими, например, с солями калия, меди, железа, стронция, бария, все равно линии натрия появятся на своем месте.

Кирхгоф и Бунзен, окрыленные своим открытием, работали не покладая рук. Очень многие элементы и соединения испробовали они «на пламя». А через некоторое время составили список химических элементов с характеристиками их линий в спектре. Теперь ученые уже могли безошибочно анализировать многие сложные смеси веществ.

Так родился спектральный анализ. Он оказался не только прекрасным методом качественного определения тех или иных известных химических элементов в смесях. Именно с его помощью были открыты новые элементы: рубидий, цезий, индий и галлий. А когда выяснилось, что интенсивность (яркость) линий зависит от количества присутствующих в смеси веществ, спектральный анализ занял почетное место в ряду количественных методов.