Страница 2 из 68
Одна из предлагаемых гипотез состоит в следующем. В соответствии с ней слово «элемент» произошло из букв латинского алфавита: l, m, n и t, при чтении которых получается звуковое сочетание «эль»-«эм»-«эн»-«тэ» или «элементе» (по-латински звучит как «элементум» — elementum). Вероятно, производя слово «элемент» указанным способом, ученые хотели как бы подчеркнуть, что если слова состоят из букв, то различные вещества можно представить себе состоящими из элементов. Такая трактовка столь же проста, сколь и неожиданна. Есть и другие версии, но на них мы останавливаться не будем.
КАК «ЭЛЕМЕНТ» СТАЛ «ХИМИЧЕСКИМ ЭЛЕМЕНТОМ»?
Пока не появилась современная модель атома, понятие элемента во многом носило умозрительный характер. Одно из первых определении этого понятия принадлежит величайшему мыслителю древности Аристотелю: «Элементом называется первооснова вещи, из которой она слагается и которая по виду неделима на другие виды…»[1]. Аристотель считал, что существует единая первичная материя и четыре основных свойства: тепло, холод, сырость и сухость. Их сочетания суть материальные элементы: огонь, вода, воздух и земля. Из них, по Аристотелю, составлены все тела. Вот что представляли элементы в давние времена, а учение Аристотеля на протяжении многих столетий служило своеобразной теоретической основой алхимии и разных натурфилософских учений.
Лишь в XVI столетии знаменитый врач и естествоиспытатель Парацельс сделал представления об элементах более «земными». Он предположил, что все вещества состоят из трех основных начал: ртути, соли и серы, носителей трех качеств: летучести, твердости и горючести.
Предпосылки для правильного понимания природы элементов содержались в учении выдающегося английского химика XVII столетия Р. Бойля. В своей книге «Химик-скептик» Р. Бойль отрицал взгляды на элементы как на носителей определенных качеств. Они, по Р. Бойлю, должны были иметь материальную природу и являться составными частями твердых тел. Кроме того, ученый выступал против представлений об ограниченности числа элементов. Тем самым возможным становилось открытие новых элементов. Но до ясного понимания того, что же должно считаться химическим элементом, было еще далеко, и потому открытия новых элементов часто оказывались событиями, которым ученые не могли дать правильное объяснение.
Существенным прогрессом в этой области стали воззрения А. Лавуазье, который достаточно четко сформулировал представления о простых телах и считал, что все вещества, которые ученые еще не смогли каким-либо образом разложить, являются элементами. А. Лавуазье разделил все простые вещества на четыре группы.
К первой группе относили кислород, азот, водород, а также свет и теплород (что было, конечно, явным заблуждением); ученый считал, что эти простые вещества можно рассматривать как настоящие элементы. Ко второй группе А. Лавуазье отнес серу, фосфор, уголь, радикал муриевой кислоты (будущий хлор), радикал плавиковой кислоты (будущий фтор), радикал борной кислоты (будущий бор). Все это были, по А. Лавуазье, простые неметаллические вещества, способные окисляться и давать кислоты. Далее, третья группа включала простые металлические вещества: сурьму, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, олово, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платину, свинец, вольфрам и цинк. Они тоже могли окисляться и образовывать кислоты. И наконец, в четвертую группу ученый объединил солеобразующие вещества («земли»), которые, однако, заведомо были сложными: известь (оксид кальция), магнезию (оксид магния), барит (оксид бария), глинозем (оксид алюминия), кремнезем (оксид кремния). Но о том, что эти вещества суть оксиды неизвестных элементов, в 1789 г. можно было только догадываться. В этой классификации и в комментариях к ней было еще много путаного и неясного, но она стала программой для дальнейшего исследования природы элементов.
Фактически А. Лавуазье не делал различия между понятиями «элемент» и «простое тело». Оно было четко сформулировано в XIX в. благодаря развитию атомно-молекулярного учения, а наиболее отчетливо — в работах Д. И. Менделеева.
ЕСТЬ ЛИ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В ОТКРЫТИИ ЭЛЕМЕНТОВ?
Казалось бы, вопрос этот логичнее было бы поставить в конце книги, когда читатель уже познакомится с историей открытия каждого элемента. Всякие рассуждения хороши, когда они подкрепляются фактическим материалом. Впрочем, мы так и поступим, лишь только дело дойдет до заключения. Здесь же мы дадим лишь общую картину, так сказать, «с птичьего полета».
Раскройте с. 213–214 книги, там приведена сводная хронологическая таблица открытий элементов. Какие же из них были открыты в первую очередь? Примерно для десяти элементов в графе «дата открытия» вместо конкретной даты указано: «известен в древности». Понятие «древность» весьма растяжимое, и, приведя такую запись, мы лишь отмечаем, что эти элементы были известны человечеству задолго до нашей эры. Столь же очевидно, что нельзя назвать авторов этих открытий. Ученые далекой от химии специальности — археологи — дают более или менее достоверные сведения о том, когда люди впервые стали использовать тот или иной элемент в древности (конечно, ни в коей мере не отдавая себе отчета в том, что имеют дело с химическим элементом). Вот перечень элементов древности: железо, углерод, золото, серебро, ртуть, олово, медь, свинец, сера. Даже начинающему химику ясно, что они резко отличаются по свойствам. Так почему же они оказались первыми в списке обнаруженных элементов? Быть может, потому, что они наиболее распространены на Земле? (см. рис. на форзаце 2).
В перечне элементов древности только железо и углерод входят в первую десятку элементов по величине распространенности. Достаточно распространенной является и сера. Остальные же редко встречаются на Земле.
Первые места в списке самых распространенных элементов занимают совсем другие элементы: кислород, кремний, алюминий. Люди вдыхали кислород и не знали, что он химический элемент, вплоть до конца XVIII в. Кремний составляет основу земной тверди, а этот химический элемент был открыт только в XIX в. Точно так же, как алюминий, хотя глиной человек пользовался издавна.
А все это значит, что действительная распространенность химических элементов никак не связана с датой их открытия. Следовательно, неправилен тезис: «Чем больше, тем раньше». Так почему же перечисленные элементы древности стали известны в незапамятные времена?
Несмотря на различие свойств, у этих элементов есть и кое-что общее. Большая часть из них встречается на Земле в самородном состоянии. Не в виде химических соединений, а в виде простых веществ. До сих пор мы читаем сообщения, что где-то найдены, например, самородки золота. Чтобы их обнаружить, не надо никаких химических операций. Достаточно лишь простого визуального наблюдения. В свободном состоянии (в виде простых веществ) существуют на Земле серебро и сера (но в основном они входят в состав минералов), гораздо реже — медь и ртуть. Вот почему эти элементы оказались в числе первых, с которыми познакомился человек. Особое место занимает углерод: он, пожалуй, действительно самый первый среди элементов, просигнализировавших о своем существовании. Головешки первого костра — образец простого вещества углерода. Железо дало название целой эпохе в развитии человечества — железному веку. Многие ученые полагают, что люди прежде всего познакомились с железом, находящимся в свободном состоянии, — с металлическим железом, входящим в состав метеоритов. И лишь затем древнейшие металлурги изобрели способы выплавки железа из руд. Из минералов же были выплавлены олово и свинец. Процессы выделения этих металлов из соединений (мы сказали бы теперь — процессы восстановления) являются сравнительно несложными и оказались под силу людям, имевшим лишь самое примитивное представление о химических операциях.
1
Аристотель. Собр. соч., т. I, с. 118.