Страница 14 из 68
ГЛАВА IV.
ЭЛЕМЕНТЫ, ОБНАРУЖЕННЫЕ ХИМИКО-АНАЛИТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
В этой главе речь пойдет о тех элементах, открытия которых явились результатом химического анализа природных объектов, главным образом различных минералов. Химия все более и более оформлялась как наука, и росла ее активность в познании прежде всего неорганической природы. Открытием кобальта начинается эта глава и открытием ванадия завершается. Охватываемый ею временной интервал составляет почти 100 лет (с 1735 по 1830 г.). За этот период было обнаружено более 30 химических элементов, что явилось достижением химико-аналитического метода. Разумеется, этот метод сыграл важнейшую роль в открытии и некоторых других элементов, например в открытии редкоземельных элементов, но в силу особенностей их истории они будут рассмотрены в отдельной главе.
КОБАЛЬТ
Историю открытия кобальта лучше всего начать с истории происхождения названия этого элемента. Своим названием он обязан минералу, который находили с древних пор в Саксонии и называли кобольдом. Так рудокопы именовали злого духа, который якобы обитал в этом минерале. Поверье произошло от того, что все попытки выделить серебро из этого камня (а он очень походил на серебряную руду) оканчивались неудачей.
Синие кобальтовые стекла, эмали и краски были известны еще за 5000 лет до н. э. в Древнем Египте. Так, в гробнице Тутанхамона нашли много осколков синего стекла. Неизвестно, было ли приготовление синих стекол и красок на основе кобальтовых соединений сознательным или случайным. Во всяком случае, рецепт их получения долго был неизвестен. Первое упоминание о приготовлении синих красок относится к 1679 г.
Первооткрывателем кобальта стал шведский химик Г. Брандт. Датой открытия считается 1735 г. В своей «Диссертации по полуметаллам» он говорил об открытом им новом полуметалле — кобольде.
Под полуметаллами Г. Брандт имел в виду вещества, которые многими своими качествами похожи на известные металлы, но не поддаются ковке. Он описал шесть полуметаллов: ртуть, висмут, цинк, сурьму, кобальт, мышьяк. Так как большинство висмутовых руд содержат кобальт, Г. Брандт в своей диссертации предложил несколько способов для того, чтобы различать кобальт и висмут.
В 1744 г. Г. Брандт нашел новый минерал, содержащий кобальт, железо и серу. Этим минералом оказался сульфид кобальта Co3S4.
Впоследствии Г. Брандт провел детальное изучение кобальта. В конце XVIII–начале XIX в. изучением свойств кобальта и его соединений занимались Т. Бергман, Л. Тенар, Л. Пруст и И. Берцелиус. Это помогло более подробно изучить элемент. В открытие кобальта долго не верили многие химики. В 1776 г. венгерский химик П. Падакс заявил, что кобальт есть соединение железа и мышьяка, но добавил, что открытый к тому времени никель является элементом. И только к концу XVIII в. благодаря работам многих ученых было подтверждено открытие Г. Брандта.
Кобальт, как и никель, часто присутствует, а иногда и в больших количествах, в метеоритах. В 1819 г. немецкий химик Ф. Штромейер сообщил об открытии им кобальта в метеорите, а чуть позже С. Теннант в этом же метеорите обнаружил никель.
НИКЕЛЬ
Сосед кобальта по периодической системе — никель имеет довольно много с ним общего. Прежде всего этот элемент тоже «дьявольский». Название «никель» происходит от немецкого купферникель — «медный дьявол», по названию минерала, описанного в 1694 г. шведским минералогом У. Иерне и ошибочно принятого им за медную руду. Все попытки выплавить из этого минерала медь привели к неудаче. И металлурги решили, что это происки Ника — злого духа гор.
Вообще говоря, человечество было знакомо с никелем давно. Еще в III в. до н. э. древние китайцы выплавляли сплав, состоящий из меди, никеля и цинка. В древнем среднеазиатском государстве Бактрии из этого сплава приготовляли монеты, одна из них сейчас хранится в Британском музее в Лондоне.
Заблуждения относительно состава купферникеля продолжались даже после того, как этот минерал был описан. В 1726 г. немецкий аптекарь И. Линк исследовал его и установил, что при растворении в азотной кислоте он дает зеленую окраску, а потому скорее всего является кобальтовой рудой с примесями меди. Когда шведские горняки нашли красноватый минерал, который, будучи добавлен к стеклу, не давал синей окраски, они назвали его «кобольд, потерявший душу». Это также был один из никелевых минералов.
Так обстояли дела до 1751 г. В тот год исследованием минерала, найденного на кобальтовом руднике, занялся шведский минералог и химик А. Кронштедт. В одном из опытов он опустил кусочек железа в кислый раствор этой руды. При наличии в растворе меди она должна была выделиться на железе в свободном состоянии. К его великому удивлению, этого не произошло. Раствор меди не содержал. Это шло вразрез с тогдашними представлениями об исследуемой руде. Тогда А. Кронштедт занялся тщательным изучением зеленых кристаллов которые были вкраплены в руду. В результате длинной серии экспериментов он выделил из купферникеля металл, на медь совершенно не похожий. А. Кронштедт описал этот металл как твердый и хрупкий, слабо притягивающийся магнитом, при нагревании переходящий в черный порошок, при растворении дающий великолепную зеленую окраску. Металл содержится в купферникеле, заявлял А. Кронштедт, поэтому можно сохранить для него то же имя, а кратко называть его никель. Сейчас известно, что купферникель — это арсенид никеля.
Многие химики в Европе признали открытие нового элемента. Но кое-кто полагал, что никель — смесь кобальта, железа, мышьяка и меди. Конец сомнениям положил в 1775 г. Т. Бергман, который показал, что названная выше смесь элементов, в каких пропорциях они бы ни присутствовали, не может воспроизвести свойств никеля.
МАРГАНЕЦ
Соединения марганца, в частности его оксид — пиролюзит (MnO2), были известны и применялись с древних времен в стекольном и гончарном производствах. В 1540 г. итальянский металлург В. Бирингуччио писал, что пиролюзит бывает коричневого цвета, не плавится и окрашивает стекло и керамику в фиолетовый цвет. Было замечено и еще одно удивительное свойство пиролюзита — устранять мутность желтых и зеленых стекол.
Первым, кому, по всей вероятности, удалось получить немного металлического марганца, был австрийский ученый И. Кайм. В 1770 г. он нагревал смесь, состоящую из одной части пиролюзита и двух частей черного плавня (т. е. смесь угля с K2CO3 — Авт.), И. Кайм получил кристаллы хрупкого голубовато-белого металла. Видимо, это был загрязненный марганец, однако ученый заключил лишь, что полученный им металл не содержит железа, и не довел до конца свое исследование.
Дальнейшая судьба марганца связана с именем Т. Бергмана, который к этому времени уже подтвердил открытие никеля. Он дал следующую характеристику пиролюзита: минерал, называемый черной магнезией, является новой землей. Ее нельзя смешивать ни с обожженной известью, ни с белой магнезией (т. е. с оксидом магния. — Авт.), Однако, в отличие от И. Кайма, Т. Бергман не сумел, хотя и пытался, выделить металл из пиролюзита.
Третьим, кто поставил целью выделение нового элемента из этого минерала, был К. Шееле. В 1774 г. он представил в Стокгольмскую академию доклад под названием «Относительно марганца и его свойств», подводивший итог его трехлетних исследований пиролюзита. В этой исключительно богатой по содержанию работе он объявил о существовании двух металлов (бария и марганца), а также дал описание двух газообразных элементов (будущих хлора и кислорода). К. Шееле установил, что оксид марганца отличается от всех известных к тому времени земель.