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].
Хотя гелий обнаружен до открытия периодического закона, он не был учтен в системе Менделеева. Для этого надо было подробнее изучить его физико-химические свойства, прежде всего необходимо было знать атомную массу гелия. Однако, как получить данные для нового элемента, если его нельзя уловить на Земле?
Нет места для благородных газов?
В 1894 году возник горячий научный спор между двумя английскими учеными -- лордом Релеем и Вильямом Рамзаем. Релею пришло в голову, что азот, полученный из воздуха после удаления кислорода, имел несколько бОльшую плотность, чем азот, полученный химическим путем. Рамзай придерживался той точки зрения, что такую аномалию в плотности можно объяснить присутствием в воздухе неизвестного тяжелого газа. Его коллега, напротив, не хотел согласиться с этим. Релей считал, что это, скорее, какая-то тяжелая озоноподобная модификация азота. Внести ясность мог только эксперимент. Рамзай удалил из воздуха кислород обычным способом -- использовав его для сжигания, и связал азот, как он это обычно делал в своих лекционных опытах, пропуская его над раскаленным магнием. Применив оставшийся газ для дальнейших спектральных исследований, изумленный ученый увидел невиданный дотоле спектр с красными и зелеными линиями,
"В течение лета 1894 года лорд Релей и я вели почти непрерывную переписку,-- сообщал Рамзай,-- и 18 августа, когда британские естествоиспытатели собрались в Оксфорде, мы сообщили об открытии новой составной части атмосферы ... аргона".
Рамзай определил атомную массу аргона: 40. Следовательно, его надо было бы поместить между калием и кальцием. Однако там не было свободного места! Что же делать? Нашлось немало критиков, отрицавших элементарный характер нового элемента аргона именно потому, что его некуда поместить в периодической системе. С большим искусством и упорством Рамзай продолжал свои опыты для того, чтобы разрешить это противоречие. Вскоре он обнаружил, что аргон еще более инертен, чем азот, и, очевидно, вообще не реагирует с каким-либо другим химическим веществом, то есть справедливо оправдывает свое греческое имя аргон -- инертный.
Рамзай вспомнил о сообщении доктора Гиллебранда из Института геологии в Вашингтоне. В 1890 году американский ученый обратил внимание на то, что при разложении минерала клевеита кислотами выделяются значительные количества газа, который он считал азотом. Теперь Рамзай хотел проверить -- быть может, в этом азоте, связанном в минерале, можно было бы обнаружить аргон!
После длительных поисков ему удалось приобрести у продавца минералов две унции редкой породы. Он разложил ее серной кислотой, однако изучение собранного газа отложил на время, ибо его увлекли другие исследования. Только через полтора месяца, в марте 1895 года, английский ученый нашел время для изучения спектра этого газа. Он был необычайно поражен, когда обнаружил сверкающую желтую линию, отличающуюся от известной желтой спектральной линии натрия. Однако прошло некоторое время, пока Рамзай полностью поверил в это открытие. "Со стыдом сознаюсь,-- сказал он в докладе,-- что я разобрал свой спектроскоп, ибо скорее мог поверить в его неисправность, чем в присутствие нового газа".
Это был новый газ, не известный до той поры газообразный элемент. Вильям Крукс, который в Англии считался первейшим авторитетом в области спектрального анализа, сообщил своему коллеге, что пресловутая желтая линия -- та же, что была замечена Локьером и Жансеном в 1868 году в спектре Солнца: следовательно, гелий есть и на Земле.
Заслуга Рамзая еще и в том, что он нашел способ, как разместить оба вновь открытых газа в периодической системе, хотя формально места для них не было. К известным восьми группам элементов он добавил нулевую группу, специально для нульвалентных, нереакционноспособных благородных газов, как теперь стали называть новые газообразные элементы. Такое смелое расширение периодической системы весьма удивило самого Менделеева[45]. Незадолго до своей смерти в 1907 году великий русский ученый сказал, что Лекок де Буабодран, Нильсон и Винклер только укрепили периодическую систему; Рамзай же подтвердил ее справедливость[46].
