История науки: элементы-националисты

Как русский, француз, швед и немец работали вместе, почему химики радуются непонятным белым хлопьям и легко ли найти подходящую клеточку в таблице Менделеева, рассказываем в ежедневной рубрике «История науки».

В 1870 году Дмитрий Менделеев опубликовал статью, в которой описывал свойства трех еще не обнаруженных элементов. Он дал им названия экаалюминий, экабор и экасилиций (приставки эка- означали, что эти элементы находятся на строчку ниже соответствующих уже известных элементов). В течение последующих 15 лет все они были найдены (хотя и не совсем на тех же местах таблицы). Случайно ли так получилось или была в этом традиция, но трое ученых, открывших эти элементы (француз Поль Лекок, швед Ларс Нильсон и немец Клеменс Винклер), назвали их в честь своих «родин»: галлий, скандий и германий. О последнем из них и пойдет сегодня речь.

Человек, его открывший, Клеменс Винклер, родился в 1838 году в саксонских Рудных горах в семье (тут ему повезло) известного химика и металлурга. Отец поощрял интерес мальчика к природе: животным, растениям и минералам. Их он продолжил изучать и в гимназии. Иностранные языки он любил не особо, зато своим родным владел великолепно. «Среди химиков всей Германии считалось, что литературный стиль Винклера едва ли можно улучшить», как писал о нем позже один из учеников.

Винклер поступил во Фрейбергскую горную академию, однако многое из того, что там преподавали, он уже знал: от отца, прежних учителей или в результате самостоятельных занятий. Первые серьезные исследования он посвящает анализу газов и разрабатывает собственную модель бюретки с трехходовым (винклеровским) краном (позднее так же названную в его честь) – устройства для измерения объема компонентов газовой смеси.

В 1873 году Винклер-младший становится профессором академии во Фрайбурге. По воспоминаниям ученика, «у него было приятное лицо, располагающая улыбка и голос, низкий, но обладающий проникновенной силой». Уверенно произносящий речи и свободно рассуждающий на научные темы, лекции он всегда читал, даже выходя к доске, чтобы записать формулу. Однако «его лекции были чрезвычайно захватывающими, он умел обращаться к слушателям с воодушевлением, которое овладевало и им самим». «Его добродушие, подкупающие манеры, отзывчивость и дружелюбие завоевали любовь всех, студентов, коллег, сограждан». Он прислушивался к ученикам и умел признавать свои ошибки, если был неправ. О его профессионализме вспоминал известный химик Густав Хинрихс: «Совершенство аналитических работ Винклера поразило меня, пока я не нашел имя его отца, Карла Винклера, в списке выдающихся учеников Берцеллиуса».

Осенью 1885 года в руднике Химмельсфюрст нашли новую руду. Минералог, обнаруживший ее, Альбин Вейсбах, назвал ее аргиродит. Иероним Рихтер, один из первооткрывателей индия, провел качественный анализ руды, показавший, что она содержит серебро, серу и следы ртути. Тогда Вейсбах попросил Винклера провести количественный анализ, чтобы установить точный состав вещества. Его работа показала, что масса известных компонентов меньше массы руды на 7%. Получалось, что в руде присутствует еще какой-то элемент.

Промучившись с рудой четыре месяца, перепробовав кучу реактивов, он почти отчаялся. И вот однажды он фильтровал осадок серы, как делал уже много раз, щедро налил соляной кислоты и к своему восторгу получил тяжелый, похожий на хлопья белый осадок. Он быстро растворялся при добавлении гидроксида аммония и возникал снова от большого количества соляной кислоты. В этом было его необычное свойство: осадок был устойчив к воздействию кислот, но растворялся в воде и растворе кислоты.

Выделенный из сульфида новый элемент, серый металлический порошок, Винклер назвал «германий». Полученные результаты он не забыл опубликовать. А руда, из которой он был получен, аргиродит, сейчас известна как двойной сульфид серебра и германия.

Теперь нужно было пристроить новый элемент в периодическую таблицу. Винклер считал вначале, что германий похож на сурьму и мышьяк, и должен находиться между сурьмой и висмутом. Уже в конце февраля Менделеев рассчитал свойства, которыми должен обладать элемент, чтобы занимать это место в таблице. Он, однако, считал, что германий больше похож на экакадмий и должен находиться между кадмием и ртутью. Два других химика, Лотар Мейер и Виктор фон Рихтер, предположили, что германий — это экасилиций, и место ему между галлием и мышьяком.

Тут уж Винклер работал с удовольствием, поддерживаемый интересом стольких выдающихся химиков. Однако для того, чтобы изучить свойства германия, нужно было добыть достаточное его количество. Тогда и семипроцентное содержание в аргиродите показалось бы Винклеру удачей: ему приходилось работать с куда более бедной рудой. Тем не менее эту задачу он выполнил и доказал, что свойства германия совпадают с прогнозами Менделеева о том, каким должен быть экасилициум. Русский химик ошибался лишь, считая, что германий сложно расплавить и что он малолетуч.