От водорода до ?

Кирхгоф решил пропускать свет от окрашенного пламени через призму, рассчитывая установить закономерности спектра различных веществ. Расчет Кирхгофа оправдался: оказалось, что пламя каждого из различных веществ дает особый, отличный от всех других, спектр. Причем спектры пламени отличались от спектра белого света своим видом: они были не сплошными, а состояли из отдельных узких цветных полосок, почти линий, располагающихся в различных частях спектральной дорожки. Так, спектр лития состоял из одной яркой красной линии и одной оранжевой послабее. Спектр стронция, пары которого окрашивали пламя бунзеновской горелки в такой же малиново-красный цвет, как и литий, состоял из одной голубой, двух красных, оранжевой и желтой линий. Пары натрия давали спектр с двумя желтыми линиями, так близко расположенными друг к другу, что вначале она была принята за одну.

Усовершенствовав прибор для наблюдения спектров и назвав его спектроскопом (от слов «спектр» и «скопео» — наблюдаю, смотрю), Кирхгоф передал свой прибор Бунзену, который стал исследовать буквально все, что попадалось ему под руку. Множество различных веществ исследовал Бунзен, помещая их в жаркое пламя своей горелки и наблюдая спектр раскаленных паров. Теперь у него уже не было сомнений в том, что открыт новый способ распознавания химических веществ. Вскоре Бунзен убедился и в необычайной чувствительности и точности нового способа исследования. Так, исследуя кусочки гранита, отколотые от скалы в окрестностях Гейдельберга, Бунзен обнаружил в них с помощью спектроскопа литий. Это вещество он нашел и в воде источника, вытекавшего у подножья той же скалы. Тогда Бунзен решил исследовать листья растений, цепляющихся за склоны скалы, желая проверить в листьях наличие лития. По мнению Бунзена, этот элемент должен был попасть в растения вместе с водой, поглощенной корнями растений из почвы, покрывавшей тонким слоем гранитные глыбы. Спектроскоп указал наличие лития и в листьях растения. Бунзен покормил корову этими листьями и обнаружил после этого в ее молоке тот же литий. Больше того, литий был обнаружен и в крови людей, пивших молоко этой коровы.

Точность и чувствительность нового метода была исключительной. Достаточно было, например, потереть пальцами над пламенем горелки, чтобы в спектроскопе вспыхнула желтая линия натрия, входящего в состав ткани. В буквально невесомых частицах, стертых с поверхности кожи, содержится не более одной десятимиллионной доли миллиграмма ^[6]. Никакими иными способами невозможно обнаружить такие количества вещества. И действительно, достаточно было человеку, носящему, например, очки в медной оправе, поправить их, у себя на носу, чтобы можно было с помощью спектроскопа обнаружить медь на его пальцах.

Возникновение и характер спектров, как это было установлено значительно позже, связаны со строением атомов вещества. Так как различные атомы дают и различные спектры, то, очевидно, в природе существует столько же различных спектров, сколько и различных «сортов» атомов. Атомы любого вещества, подобно микроскопическим радиостанциям, способны подавать свой, им только свойственный «сигнал» — спектр, по которому эти атомы и могут быть обнаружены, где бы они ни находились.

В 1860 г., исследуя спектр минерала, полученного из Саксонии и называвшегося лепидолитом, Бунзен и Кирхгоф увидели красные линии, которые не совпадали с положением линий в спектрах известных в то время элементов. С тем же самым столкнулись исследователи и при изучении спектра сухого остатка, полученного при выпаривании воды из источников курортного местечка Дюркгейм. Только на этот раз линии в спектре были красивого небесно-голубого цвета. Бунзен решил, что лепидолит и дюркгеймская вода содержат новые еще неизвестные элементы.

Действительно, в том же году Бунзен выделил из лепидолита и минеральной воды новые элементы. Один из них за красный цвет спектральных линий назвали рубидием (от латинского слова «рубидус» — красный), другой за голубые линии — цезием («цезиус» по-латыни — голубой).

В качестве веселого курьеза можно рассказать о проделке известного физика Роберта Вуда. У студентов, проживающих в частном пансионате, возникло сомнение в доброкачественности пищи; не готовит ли хозяйка завтрак из остатков обеда? Вуд оставил во время обеда на тарелке кусок мяса, посыпав его хлористым литием. Получив завтрак, он озолил его в муфельной печи, а золу проверил с помощью спектроскопа. Появилась предательская красная линия!

Хозяйка пансионата была разоблачена!

Открытие новых элементов было блестящей победой нового способа исследования природы, который был назван спектральным анализом. Спектральный анализ получил в науке широкое распространение и обогатил ее большим числом замечательных открытий. С помощью спектроскопа человек определил состав далеких звезд, Солнца, метеоров, сгорающих в яркой вспышке высоко над Землей и т. д. В настоящее время спектроскоп — необходимый прибор каждой хорошо оборудованной лаборатории. Он нужен физику и химику, астроному и геологу, агроному и минералогу, врачу и биологу, инженеру и металлургу.

Кирпичи мироздания

Из огня рождающий… воду

Вода из огня! Это кажется невероятным, но это факт. И этот факт впервые установил (1781–1782) английский ученый Генри Кэвендиш. Он сжег в закрытом сосуде бесцветный, без вкуса и запаха газ, который в те времена называли «горючим воздухом», и обнаружил, что продуктом горения была вода. Вначале Кэвендиш не поверил полученному результату, но, проделав ряд точных опытов по сжиганию «горючего воздуха», он убедился, что продуктом горения была только вода, «которая не имела ни вкуса, ни запаха и при испарении досуха не оставляла ни малейшего заметного осадка».

Следует отметить, что еще до Кэвендиша выдающийся английский естествоиспытатель Д. Пристли наблюдал появление влаги при горении и взрыве смеси «горючего воздуха», но … не обратил на это должного внимания.

Несмотря на то, что «горючий воздух» был известен еще средневековому немецкому врачу и естествоиспытателю Парацельсу (XVI в.), а знаменитый английский химик, физик и философ Роберт Бойль в 1660 г. сумел не только получить «горючий воздух» из серной кислоты и железа, но и собрать его в сосуд, чего не умели делать до него, простая (элементарная) природа этого газа была установлена только в 1783 г. В этом году французский ученый Антуан Лоран Лавуазье, желая проверить опыты Кэвендиша, провел точные исследования по изучению продукта горения «горючего воздуха». Они подтвердили опыты Кэвендиша — продуктом горения «горючего воздуха» была только вода. Это доказал Лавуазье не только путем сжигания «горючего воздуха», но и разлагая продукты его горения. Правда, поводом к анализу воды послужило отыскание дешевого способа получения водорода, предпринятое Лавуазье по заданию французской Академии наук в связи с начавшимся развитием воздухоплавания.

За способность производить воду «горючий воздух» стали впоследствии называть водородом. Научное название водорода — «хидрогениум» происходит от греческих слов «хидор» — вода и «генао» — рождаю, произвожу. Таким образом, в названии водорода отражено его основное свойство — способность при горении образовывать воду.

Атомы водорода имеют наименьший вес среди всех атомов других химических элементов, и поэтому водород занимает первое место в периодической системе Д. И. Менделеева.

Водород — один из наиболее распространенных элементов природы, он всюду обнаружен во Вселенной — на Солнце, звездах, в туманностях, в мировом пространстве. На Земле основная масса водорода находится в связанном состоянии в виде различных соединений, главным образом на поверхности земли в виде воды. Общее количество водорода в земной коре достигает 1 % от веса земной коры.