Читать книгу "Элементы: замечательный сон профессора Менделеева - Аркадий Курамшин"

31. Галлий

У каждого элемента Периодической системы есть какая-то своя загадка, но, наверное, загадка галлия и его названия — одна из самых интересных. До сих пор идут неофициальные дискуссии о том, в честь чего этот элемент назван, а с другой стороны — если его первооткрывателю так повезло с именем, грех было не воспользоваться этим «бонусом»

Галлий — металл легкоплавкий, он плавится при 30 °C, так что носить его в кармане брюк во время летней жары плохая идея. Есть, конечно, металлы и с меньшей температурой плавления, например, ртуть, но, в отличие от ртути, летучесть галлия крайне низкая. Вообще из всех материалов, известных человеку, при атмосферном давлении галлий остаётся жидким в самом широком температурном интервале — температура его кипения составляет 2400 °C. Галлий одно из немногих веществ, для которых наблюдается аномальная картина плавления (наиболее известным аномально плавящимся и замерзающим веществом является обычная вода, также на это способны висмут и сурьма) — при плавлении плотность жидкого галлия увеличивается и кусочки металлического галлия могут плавать по поверхности расплава, причина такой аномалии до сих пор не выяснена.

Несмотря на все странности поведения галлия, открытие этого элемента не было случайно. Галлий был первым химическим элементом, экспериментальное подтвердившим теоретические выкладки Дмитрия Ивановича Менделеева. Предположив, что с помощью открытого им закона можно предсказывать химические свойства ещё не открытых элементов и в период 1869–71 годов опубликовал ряд соображений на тему, каким должен быть новый элемент, названный им «экаалюминием», вставив его в одну из версий своей таблицы. В 1875 году тридцативосьмилетний французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран, активно применявший в своей работе появившуюся трудами Кирхгофа и Бунзена спектроскопию — новый в те времена метод идентификации неизвестных элементов, обнаружил в образце извлечённой в Пиренеях цинковой руды фиолетовую спектральную линию, которой там не должно было быть. Предположив, что это след нового элемента, Буабодран начал работу с 52 килограммами этой руды. Французскому химику потребовалось три недели работы в домашней лаборатории, чтобы выделить из половины центнера исходного материала несколько миллиграммов вещества, дававшего ту самую фиолетовую полосу в спектре. Чуть позже, в более оснащённой парижской лаборатории Адольфа Вюрца Буабодрану удалось выделить большее количество нового элемента.

Перед Рождеством 1875 года Лекок представил во французской академии наук 600 миллиграммов нового металла, для получения которых потребовалось переработать 450 килограмм руды. Свойства открытого металла отлично согласовывались со свойствами теоретически предсказанного экаалюминия (на самом деле галлий, открытый Лекоком куда больше был поход на экаалюминий Менделеева, чем полученный Нильсоном скандий на менделеевский экабор) — это было первым подтверждением Периодического закона Менделеева. Как показала дальнейшая история, Буабодран и сам любил теоретические рассуждения и предсказания — вскоре после открытия аргона он высказал впоследствии подтвердившуюся идею о том, что что аргон — лишь первый представитель неизвестного семейства химических элементов. Назвав открытый элемент галлием, Лекок заявил, что это название дается в честь античного названия Франции — Галлии. Вот тут-то и началась интрига. Римское название «Галлия» происходило от латинского слова «галл» — петух (головные уборы галлов напоминали латинянам петушиные гребешки). Одно из имён первооткрывателя галлия — Лекок, также переводится с французского как «петух». И, хотя в 1877 году Лекок даже написал статью, в которой говорил, что отнюдь не имел в виду себя, называя своё открытие, легенда о двусмысленном названии существует и поныне. Буабодран не стал почивать на лаврах, открыв галлий. Впоследствии он занялся открытием и выделением редкоземельных элементов, в чем тоже преуспел.

В наши дни галлий применяется не в столь многих областях — временами металлический галлий и его сплавы применяют как материал для легкоплавких предохранителей для электроприборов. Галлий образует несколько сплавов, жидких при комнатной температуре (в общем случае они называются «галламы», один из них сплав индия, галлия и олова затвердевает только при –19 °C). Жидкие при комнатной температуре сплавы галлия уже много где заменили более опасную и токсичную ртуть — например, в качестве жидких затворов. Несколько лет назад арсенид галлия (Ga3As2) стали изучать как полупроводниковый материал — перспективная замена кремнию для изготовления транзисторов и светоизлучающих диодов. Солнечные батареи из арсенида галлия эффективнее кремниевых и уже применяются для питания космических аппаратов.

Галлий не имеет биологического значения, однако применяется в медицине — его соединения могут использоваться для лечения некоторых состояний онкологических больных и для быстрой остановки кровотечения из глубоких ран. Его производные ускоряют заживление ран и работают как бактерициды.

32. Германий

Германий тот элемент, название которого, хотя и дает аллюзию на «немецкий порядок», на самом деле крайне беспорядочный элемент, который можно было охарактеризовать по-французски — сomme ci, comme ça (ни то ни сё). Соседи сверху германия по Периодической системе — неметаллы углерод и кремний, а снизу — металлические олово и свинец. В итоге германий отличается металлическим блеском, но проводимость у него как у полупроводника. Раньше элементы, которые нельзя было однозначно отнести ни к металлам, ни к неметаллам выделяли в отдельный класс — металлоиды, однако сейчас, вероятно, чтобы не множить сущностей сверх меры, из российской классификации элементов этот термин исчез и германий стали относить к неметаллам.

Германий последний член канонической тройки элементов, свойства которых были предсказаны Менделеевым (на самом деле Дмитрий Иванович предсказывал свойства большего количества элементов, но где-то, как например с экамарганцем-технецием, Менделеев, не имея представления о самопроизвольном распаде атомных ядер, естественно не мог предвидеть, что этого короткоживущего элемента в земной коре просто нет). Свойства германия были предсказаны точнее всего — плотность, серый цвет высокая температура плавления, атомный вес и свойства соединений. Правда, для германия от предсказания до подтверждения свойств прошёл самый большой срок.

В 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер выделил новый элемент из минерала аргиродита, обнаруженного недалеко от его родного саксонского города Фрайбурга. Первоначально Винклер планировал назвать новый элемент «нептунием», но за девять лет до его открытия, в 1877 году химик Германн выделил из минерала танталита то, что он ошибочно посчитал новым элементом и назвал его нептунием. Ко времени открытия Винклера открытие Германна было опровергнуто — в танталите не было нового элемента. Считая, что давать элементу ошибочное название неправильно, Винклер назвал новый элемент в честь латинского названия своей страны («правильный» нептуний появится в Периодической системе в 1940 году), взяв за основу её латинское название. В 1870-е годы Германия была новинкой на политической карте мира — она появилась в декабре 1870 года, сменив собой организованный в 1866 году Северогерманский союз.