Великий поиск начался
Д. И. Менделеев точно предсказал свойства тех еще не открытых элементов, которые в группах периодической системы следуют за бором, алюминием и кремнием и которые русский ученый обозначил как экабор, экаалюминий и экасилиций. Великий поиск предсказанных элементов можно было начинать.
Когда 5 лет спустя, в августе 1875 года, французский ученый П. Э. Лекок де Буабодран известил об открытии им нового элемента -- галлия, который он обнаружил в цинковой обманке спектральным путем, Менделеев сразу высказал мнение, что это, возможно, и есть экаалюминий. Для нового элемента Менделеев предсказал атомную массу 68 и плотность от 5,9 до 6,0 г/см[3]. Французский ученый сначала нашел плотность равной 4,7 г/см[3]. Только позднее, после настойчивых указаний Менделеева, когда в распоряжении оказались большие количества чистого галлия, Буабодран смог дать более точные сведения: плотность 5,96 г/см[3]; атомная масса 69,9.
Химик К. Винклер так описывает ситуацию того времени: "Чтобы оценить, с каким напряжением все ожидали, когда будут установлены свойства галлия, необходимо представить себе, что до того времени не было ни одного доказательства справедливости и важности выводов, сделанных из закона периодичности".
В марте 1879 года Нильсон, профессор химии шведского университета в Упсале, обнаружил еще один неизвестный элемент, который он окрестил скандием[40]. Когда стало известно, что физико-химические свойства скандия близки к предсказанным свойствам экабора, Менделеев радостно воскликнул: "Я никак не ожидал, что еще при жизни дождусь такого блестящего подтверждения периодического закона!"
Д. И. Менделеев наиболее детально предсказал свойства экасилиция[41]. Поэтому ученый мир с особым интересом ожидал открытия этого элемента.
В сентябре 1885 года на фрейбергском руднике "Химмельсфюрст" горняки наткнулись на необычную серебряную руду. Неизвестный дотоле минерал получил название аргиродит. Профессор неорганической химии Горной академии Фрейберга, Клеменс Винклер, проанализировал эту загадочную руду. Однако, определив ее химический состав -- 74,7 % серебра, 17,3 % серы и свыше 1 % примесей, он обнаружил, что не хватает почти 7 %. Кроме того, из расчетного атомного соотношения серебро : сера, равного 1,3, следовало, что это отнюдь не чистый сульфид серебра Ag2S. Расчеты Винклера привели к соединениям: 2Ag2S*XS или 4Ag2S*YS2. В первом случае Х -- двухвалентный элемент, как, например, свинец, во втором случае Y -- четырехвалентный элемент, как олово. В серебряных рудах уже находили свинец и олово. Однако Винклер как опытный аналитик сразу определил, что в аргиродите не содержатся ни эти металлы, ни другие известные к тому времени. Различие в аналитических данных могло означать лишь одно: в этой новой серебряной руде находится неизвестный элемент!
Винклер честно сознавался, что мысль о новом элементе, который находится у него в руках, вызвала у него головокружение и нервный подъем. Не переводя дыхания, работал он день и ночь. Всеми его мыслями и чувствами завладел неизвестный химический элемент. Уже грозило пошатнуться его железное здоровье, когда 6 февраля 1886 года Винклер неожиданно выделил сульфид неизвестного вещества. Последний оказался растворимым в воде. Вот почему при обычном промывании осадков сульфидов он так упорно ускользал из рук.
Исследователя всегда охватывает чувство удивительного счастья, когда он идет по следу нового элементарного кирпичика, из которого состоит наша планета. Узнав о предсказаниях Менделеева, Винклер, как и другие, лихорадочно искал недостающие элементы, чтобы заполнить "дырки" в периодической системе. Большие надежды он возлагал на анализ минералов и золы, выброшенных наружу из земных глубин при мощном извержении вулкана Кракатау в августе 1883 года. Однако удачи не было. И вот теперь в фрейбергской руде он нашел новый элемент. Это был предсказанный Менделеевым экасилиций. Когда Винклер изучил его свойства, он был поражен, ибо с великой точностью константы совпали с величинами, предсказанными Д. И. Менделеевым.
Для атомной массы экасилиция Менделеев предсказал значение 72, для плотности -- 5,5 г/см[3]. Винклер установил: 72,3 и 5,47. Немецкий исследователь смог подтвердить также валентность, равную IV[42]. Такая точность совпадения с химическими прогнозами поразила Винклера: "Едва ли можно найти более яркое доказательство правильности учения о периодичности [свойств] элементов, и это поистине не только простое подтверждение смелой теории, а означает также существенное расширение химического кругозора, крупный шаг в область познания".
Радость открытия элемента заставила Винклера с воодушевлением взяться за перо. Уже 26 февраля 1886 года он пишет Менделееву: "Я надеюсь, что вскоре смогу сообщить Вам подробнее об этом интересном веществе. Сегодня я ограничиваюсь тем, что ставлю Вас в известность о триумфе Вашего гениального исследования и хочу засвидетельствовать свое глубокое почитание и уважение".
"Поскольку германий, открытый Вами, является короной периодической системы,-- скромно отверг похвалу Д. И. Менделеев,-- то эта корона принадлежит Вам..., а я удовлетворюсь ролью предвестника[43]".
Обнаружение нового элемента напоминает открытие планеты Нептун. Ее существование было предсказано французским астрономом Леверье на основе аномальных орбит ее спутников. Вскоре после этого предсказания Нептун был обнаружен. Поэтому у Винклера было намерение назвать открытый элемент нептунием. Однако, поскольку такое название уже было ранее использовано для ошибочно открытого элемента, он назвал элемент германием. Теперь состав аргиродита уже не был загадкой -- 4Ag2S * GeS2 -- и можно было утверждать, что научно обоснованные, целенаправленные предсказания возможны не только в астрономии.
Сверкающая желтая линия
С открытием германия, а также многих элементов из числа редкоземельных все больше сокращалось число "белых пятен" между водородом и ураном. Исследователи всего мира честолюбиво добивались того, чтобы проникнуть в последние неизученные области "географии" химических элементов. Забавно, хотя тем не менее и поучительно, проследить по химической литературе того времени, с каким воодушевлением искали тогда эти последние элементы. Сообщения об "успешных открытиях" следовали одно за другим. Новые элементы неожиданно возникали, как падающие звезды на ночном небосводе; однако они разделяли участь звезд и исчезали так же быстро, как и появлялись. Вот примеры...
В конце 1878 года норвежец Даль, который работал горным мастером, сообщил, что при переработке 10 кг неизвестной ранее руды он открыл новый элемент Норвегии, тяжелый металл. Это было ошибкой.
Австрийские ученые хотели назвать новый элемент австрий или австриакий; однако после многолетних тщательных исследований существование нового элемента не подтвердилось.
Английские ученые в 1892 году решили, что выделили новый элемент масрий из минерала масрита, обнаруженного в Египте. Он должен был заполнить место между бериллием и магнием. На самом деле там свободного места и не было.
Другие исследователи нашли в солнечном спектре короний. Сегодня мы не увидим его в периодической системе. Несмотря на это, некоторые ученые уверяли, что на Солнце должны существовать элементы, не известные на Земле. Изучение спектра солнечной короны еще в 1868 году дало весьма поразительный результат. 18 августа 1868 года в Индии во время полного солнечного затмения французский астроном Жансен наблюдал за солнечной короной. Это было первое исследование солнечной короны с помощью спектроскопа. Помимо известных трех спектральных линий водорода в красной, зелено-голубой и синей области, Жансен обнаружил новую ярко-желтую спектральную линию, D3, которую следовало приписать неизвестному химическому элементу.
К открытию внеземного элемента отнеслись в то время особенно уважительно, ибо 25 октября 1868 года Академия наук в Париже получила сразу два сообщения на эту тему. Одно из них поступило из прибрежного города восточной Индии. Автором его был Жансен. Другое пришло из Англии от ученого Локьера. Англичанин тоже наблюдал ту таинственную сверкающую желтую линию и дал неизвестному элементу имя гелий (производное от греческого helios -Солнце). Такое совпадение открытий показалось знаменательным Академии наук. Она учредила памятную медаль с изображением ученых Жансена и Локьера в честь обоих первооткрывателей "солнечного элемента" гелия[44].