В отличие от историй о ванне, яблоках и прочих легендарных вещах и обстоятельствах, сопутствующих открытиям, у этой истории довольно надежный первоисточник: она рассказана самим Рамзаем.
Других собратьев гелия и аргона назвали криптоном и ксеноном — от греческих слов "скрытый" и "странный".
Неон встал в таблице Менделеева как раз перед натрием, криптон — перед рубидием, ксенон — перед цезием.
Новое семейство — нулевая группа элементов — очень уместно выглядело именно там, куда оно встало: между щелочными металлами, самыми активными из всех металлов, и галогенами, самыми активными из всех неметаллов.
Правда, с появлением нового семейства в таблице появился новый нарушитель последовательности атомных весов — аргон.
Но во-первых, он был не единственным нарушителем — до него уже были кобальт и теллур.
А во-вторых, разве это был единственный вопрос, который ставил перед наукой закон Менделеева?
ВОПРОС ВОПРОСОВ
Это только вначале так кажется — взойди на гору, и все откроется как на ладони.
С одной стороны, так оно и есть — с горы виднее.
Но с другой стороны, не совсем так, потому что перед взошедшим на гору расширяется горизонт. Линия, отграничивающая то, что мы видим, от того, чего мы не видим, стала много длинней. И за каждой точкой этой границы есть неизвестное.
С вершины открытого Менделеевым закона мир элементов был как на ладони.
Но почему он такой, этот мир?
Почему он начинается с водорода? Почему нет элемента легче? Или он еще не открыт?
Почему он кончается ураном? Почему нет элемента тяжелое, или его тоже еще не открыли?
Наконец, самый главный вопрос. Как образовались атомы разного сорта, если атомы не могут превращаться друг в друга, если они неделимы и вечны?
Новые вопросы означали конец целой эпохи в познании природы вещей. Однако новая эпоха еще не наступила. Невозможность превращения одних элементов в другие в ходе химических реакций была многократно доказана, а никаких иных реакции люди еще не знали.
Часть четвертая
ОТРИЦАНИЕ ОТРИЦАНИЯ
Глава первая,
в которой Крукс и Томсон обнаруживают частицы, более мелкие, чем атомы
ПОРЦИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА
Алхимики "читали, что подобное соединяется с подобным. И если сера соединяется с ртутью, то потому, что между ними есть какое-то сродство. Однако Роберт Бойль в своем "Химике-скептике" утверждал обратное — лучше всего соединяются как раз противоположные по своим свойствам вещества. Ведь всем известно, как жадно соединяются кислоты со щелочами!
Эта идея Бойля получила подтверждение в XVIII веке, когда Гальвани и Вольта научились делать батареи. Если в банку с раствором поваренной соли опускали два угольных стержня и подключали их к полюсам гальванического элемента, то на стержне, который был подключен к отрицательному полюсу, всегда выделялся натрий, а на стержне, подключенном к положительному, всегда выделялся хлор.
Когда научились разлагать электрическим током воду, получилась такая же картина: на отрицательном электроде непременно был водород, а на положительном — кислород.
Химики пытались понять, отчего одни элементы выделяются только на отрицательном электроде, а другие на положительном. Уже давно было известно, что одноименно заряженные тела отталкиваются, а тела, имеющие разноименные заряды, притягиваются. Поэтому Берцелиус в начале XIX века объяснил поведение элементов при электролизе так… Раз водород притягивается к катоду — отрицательно заряженному электроду, — значит, сам водород заряжен положительно. А кислород, который притягивается к положительно заряженному аноду, заряжен отрицательно.
Все элементы он разделил на электроположительные и электроотрицательные. Положительные — те, что выделяются на отрицательном электроде. Отрицательные — те, что выделяются на положительном.
А соединение одних элементов с другими Берцелиус объяснял следующим образом. Положительный водород притягивается к отрицательному кислороду, и получается вода. Положительный натрий притягивается к отрицательному хлору, и получается поваренная соль.
Это объяснение представлялось вполне логичным. Но вот однажды знаменитый в те времена французский химик Жан Батист Андре Дюма был приглашен на королевский бал.
Химик Дюма был к тому же сенатором и президентом Парижского муниципалитета, поэтому в королевском дворце ему приходилось бывать не так уж редко. Но на этот раз, едва успев войти и скинуть на руки лакею пальто, Дюма почувствовал в воздухе королевского дворца что-то необычное. Чем-то он напоминал воздух его собственной лаборатории.
Машинально взглянув в огромное зеркало и одернув полы парадного мундира, Дюма потянул носом и удивленно покачал головой: откуда это во дворце короля взялась соляная кислота?
Он поспешил наверх, в зал. Запах кислоты чувствовался там: еще сильнее. Многие дамы принимали к глазам тончайшие платочки.
Дюма с подозрением оглядывался вокруг и наконец догадался: свечи! Ослепительно белые восковые свечи издавали удушливый запах.
Всю следующую неделю Дюма вместе со своими ассистентами корпел в лаборатории, пытаясь установить, что произошло со свечами.
И установил: многие атомы водорода в молекуле воска заменились атомами хлора, которым отбеливали воск. Когда свечи горели, хлор выделялся, тут же соединялся с атомами водорода — во влажном воздухе они есть всегда — и получался хлористый водород, который растворялся во влаге воздуха и превращался в едкую соляную кислоту.
Эта история имела последствия не только для фабриканта, поставлявшего во дворец свечи — ему было отказано от двора, но и для теории Берцелиуса, согласно которой электроположительный водород никоим образом не мог быть замещен в воске электроотрицательным хлором.
Деление элементов на положительные и отрицательные оказалось ошибочным. Со временем установили, что сам по себе любой атом электрически нейтрален и лишь в растворе или под влиянием других внешних воздействий может превращаться в электрически заряженный ион, на который и воздействует электрический ток. (Ион в переводе с греческого означает идущее, движущееся, это причастие настоящего времени от глагола эйми — идти.) Но связь между атомами и электричеством, между соединением и разложением разных веществ и притяжением и отталкиванием электрических зарядов была нащупана Берцелиусом правильно.
В тридцатых годах XIX века великий английский физик и химик Майкл Фарадей сумел измерить самую маленькую порцию электричества, необходимую для переноса иона натрия к катоду. Она оказалась в пятьсот миллиардов раз меньше одного кулона. А ведь и сам кулон тоже не очень велик — это количество электричества, способное выделить из раствора азотнокислого серебра 0,001118 грамма драгоценного металла.
Самое занятное заключалось в том, что одинаковая порция электричества была связана и с одним ионом водорода, и с одним ионом натрия, и вообще — с одним ионом любого одновалентного элемента. Но почему это так, поняли позже.
ЛУЧИ В ТРУБКЕ
Майкл Фарадей, первым обнаруживший наименьшую порцию электричества, первым обнаружил и свойство газов пропускать электрический ток.
А его современник немецкий математик и физик Юлиус Плюккер изобрел газосветную трубку.
Он брал обыкновенную стеклянную трубку, наполнял ее каким-нибудь газом, потом часть газа откачивал, а оба конца заваривал вместе с платиновыми проволочками. Теперь стоило подвести к этим проволочкам, кончики которых торчали снаружи, электрический ток — и вся трубка начинала светиться!
После смерти Плюккера опытами с газосветными трубками увлекся английский ученый Уильям Крукс. Между прочим, ото он открыл с помощью спектроскопа элемент таллий с ярко-зеленой полоской в спектре.
Первое, что сделал Крукс — это попытался создать в трубке еще большее разрежение. И ему сразу же повезло: он увидел, как вблизи катода появилось темное пространство, которое постепенно заполнило всю трубку. И когда оно достигло противоположного конца, анод вдруг засветился зеленоватым светом.
Стоит отметить этот 1878 год — год рождения электроннолучевой трубки, самой главной части наших телевизоров.
Однако до телевизоров было еще далеко… А пока что Крукс поместил трубку между полюсами магнита. И тогда анод перестал светиться, и светящееся пятнышко перескочило на стекло, отклонившись по направлению к положительному полюсу магнита.
Это могло значить только одно: от катода несутся по трубке невидимые лучи, представляющие собою отрицательное электричество!
