Страница 48 из 65
Биология процветала в промежутке между двумя великими и продуктивными идеями, который продлился около ста лет. Одна из них — теория эволюции и естественного отбора, придуманная Дарвином и Уоллесом. Второй стало открытие, совершенное в XX столетии, позволившее выразить жизнь в химических формулах, которые демонстрируют ее неразрывную связь с природой в целом.
Уникальны ли химические вещества, обнаруженные на Земле? Мы привыкли думать именно так. Однако недавно обнаруженные доказательства заставляют нас пересмотреть эту точку зрения. Недавно в межзвездных пространствах обнаружены спектральные следы молекул цианистого водорода, цианоацетилена и формальдегида, которые предположительно не могли образоваться в столь ледяных областях. Мы были уверены, что подобные вещества существуют только на Земле, и нигде больше. Может оказаться, что жизнь во Вселенной имеет более разнообразные формы и источники. Однако из этого предположения отнюдь не следует, что эволюция в другом месте обязательно будет напоминать нашу, а также то, что мы обязательно распознаем ее как жизнь, а она признает в нас живых существ.
Глава 10. Мир внутри мира
В природе существует семь базовых форм кристаллов, окрашенных во множество разных оттенков. Формы всегда привлекали людей — и как фигуры в пространстве, и как характеристики материи. Древние греки полагали, что природные элементы были сформированы как правильные геометрические тела. И сейчас нам известно, что форма кристалла может рассказать кое-что об атомах, которые его составляют, они помогают классифицировать атомы по типам. Таков мир физики нашего века, а окно в него приоткрыли кристаллы.
Из всего многообразия кристаллов самым скромным на вид считается простой бесцветный хрусталик поваренной соли. Но он же остается одним из важнейших. В течение тысячи лет добывают соль в соляной шахте Величка, расположенной возле Кракова, древней столицы Польши. Здесь с XVII века сохранились деревянные стены шахт, машины и механизмы, работавшие на лошадиной тяге. Возможно, здесь бывал алхимик Парацельс во время своих восточных странствий. Он круто изменил направление алхимии, объявив в начале XVI века, что среди элементов, составляющих человека и природу, есть соль. Она необходима для жизни, поэтому всегда имела символическое значение во всех мировых культурах. Древнеримские воины получали за службу «соленые деньги» (salt money), отсюда произошло слово salary (зарплата). Во многих романо-германских языках устаревшее и современное названия жалованья остались однокоренными словами, потому что под словом «соль» наши предки подразумевали деньги. На Ближнем Востоке до сих пор скрепляют сделку солью, по «завету соли» в Ветхом Завете.
В одном Парацельс ошибался: соль не является химическим элементом в современном смысле. Она состоит из двух элементов — натрия и хлора. Само по себе достаточно примечательно, что обычную соль составляют шипучий и желтоватый ядовитый газ. Натрий относится к щелочным металлам, хлор — к активным галогенам. Кристаллы соли всегда остаются квадратными и прозрачными, даже если мы заменим элемент одной группы на другой. Например, натрий можно заменить калием: получится хлорид калия. Аналогично, в другой группе, вместо хлора можно взять бром: получится бромид натрия. Даже если произвести двойное изменение (вместо натрия взять литий, вместо хлора — фтор, получив фторид лития), все равно кристаллы на вид будет невозможно отличить.
Почему родственные элементы проявляют сходные химические свойства? В 1860-х годах все ломали голову над этим вопросом, и несколько ученых пришли к одинаковым выводам. Эту задачу решил Дмитрий Иванович Менделеев, который посещал упомянутую нами соляную шахту Величка в 1859 году. К тому времени ему исполнилось двадцать пять лет. Скромный, бедный, очень трудолюбивый и необыкновенно одаренный молодой человек, Менделеев происходил из многодетной семьи и был самым младшим из четырнадцати детей. Его рано овдовевшая мать, беззаветно любившая своего сына, отдала все свои силы и здоровье на то, чтобы он мог учиться и реализовать в науке свои блестящие задатки.
Менделеева отличала не только гениальность, но и страсть к химическим элементам.
Дмитрий Иванович Менделеев.
Однако Менделеева отличала не только гениальность, но и страсть к химическим элементам. Они стали его друзьями, ученый знал каждую причуду каждую особенность поведения любого из них. Элементы отличались по одному базовому свойству а именно атомному весу который был открыт Джоном Дальтоном в 1805 году Как свойства, которые отвечали за их одинаковость или разность, могут вытекать из одной заданной константы? Этот вопрос стал основной проблемой, над решением которой он старательно бился на протяжении долгих лет. Он изготовил карточки — по числу открытых элементов — и пытался понять, как их лучше разложить. Друзья Менделеева называли эту игру «Терпение».
Менделеев написал на карточках названия химических элементов и указал атомный вес каждого из них. Затем раскладывал их в вертикальные колонки, группируя в порядке увеличения атомной массы. С самым легким элементом — водородом — он не знал, что делать, и отложил карточку в сторону. Следующим шел гелий. К счастью, во времена Менделеева он еще не был открыт, иначе гелию пришлось бы стать индивидуалистом.
Менделеев начал свою первую колонку слития — самого легкого после водорода, за ним ученый поставил бериллий, потом бор, углерод, азот, кислород и завершил столбик фтором. Следующим по массе шел натрий, и поскольку он походил на литий, Менделеев решил начать заново и сформировать вторую колонку рядом с первой. В ту же колонку Менделеев поместил магний, алюминий, кремний, фосфор, серу и хлор. Она содержала, так же как и в первом случае, семь элементов, а хлор примыкал к фтору.
Очевидно, в последовательности атомных масс прослеживалась какая-то система. Он продолжил раскладывать карточки, ориентируясь на атомные массы. После хлора шел калий, затем кальций. Таким образом, первый ряд включал литий, натрий и калий — все щелочные металлы, а второй ряд — бериллий, магний и кальций — металлы, также обладающие сходными свойствами. То есть горизонтальные ряды были небессмысленны: они составляли группы. Менделеев подобрал математический ключ к классификации химических элементов.
Карточки для игры «Терпение», придуманной Менделеевым. Они разложены в порядке увеличения их атомной массы, элементы образуют группы.
Если классифицировать элементы по атомному весу отсчитать семь ячеек для вертикальной колонки и начать заново, то в горизонтальных рядах мы получим элементы, принадлежащие к одному классу.
До сих пор мы можем следовать схеме Менделеева без помех, как он и придумал ее в 1871 году два года спустя после первого наброска. Ничего не сбивается, пока мы не доходим до третьей колонки, — и тут мы неизбежно сталкиваемся с первой проблемой. Почему неизбежно? Как вы видели на примере гелия, Менделееву не были известны все элементы. К тому времени было открыто только 63 химических элемента из 92, которые знаем мы сегодня. Первый пробел образовался в третьей ячейке третьей колонки.
Я сказал, что Менделеев наткнулся на пробел, но на самом деле это слово свидетельствует о гениальности его размышлений. На третьей ячейке третьей колонки Менделеев столкнулся с трудностью и решил ее, интерпретировав как пробел. Он сделал так, потому что титан (следующий по атомной массе химический элемент) не обладает химическими свойствами и характеристиками бора и алюминия, с которыми он должен был бы встать в один ряд. Менделеев записал в дневнике: «После кальция перед титаном я оставил пробел, потому что элемент, который должен занять это место, пока еще не открыт. Титан же я поместил в одну группу с углеродом и кремнием».