Текст книги "Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева"

Автор книги: Сэм Кин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 4 (всего у книги 25 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]

В итоге такие интегральные схемы действительно избавили инженеров от кропотливого ручного труда. Поскольку все элементы были вырезаны из одного и того же блока, ничего паять больше не требовалось. На самом деле, вскоре такая пайка стала попросту невозможной, так как процесс вырезания интегральных схем оказалось легко автоматизировать. Стали появляться наборы микроскопических транзисторов – первые настоящие компьютерные чипы. Килби так и не получил заслуженного вознаграждения за свое достижение – один из протеже Шокли подал встречный патент, несколько более детальный, чем у Килби. Хотя он и опоздал на несколько месяцев, ему удалось отобрать права на изобретение у компании Килби. Но технологические энтузиасты по сей день воздают Килби должную славу инженера. В промышленной отрасли, где жизненный цикл изделия измеряется месяцами, микрочипы по-прежнему создаются тем же способом, принципиальные основы которого были заложены более пятидесяти лет назад. В 2000 году Килби наконец-то получил Нобелевскую премию за изобретение интегральной схемы[21]21
  Подробнее о Килби и тирании чисел можно прочитать в замечательной книге Т. Р. Райда The Chip: How Two Americans Invented the Microchip and Launched a Revolution. Интересно отметить, что известный клубный диджей, выступающий под псевдонимом Джек Килби, выпустил в 2006 году мини-альбом «Микрочип» с фотографией самого Килби на обложке. На пластинке есть композиции «Нейтроний», «Укуси меня за шарф», «Интегральная схема» и «Транзистор».


[Закрыть].

Грустно лишь то, что ничто не смогло восстановить репутацию германия. Первая германиевая схема, изготовленная Килби, сегодня хранится в Смитсоновском институте, но на реальном техническом рынке германий оказался не у дел. Кремний гораздо дешевле и доступнее германия. Сэр Исаак Ньютон когда-то сказал, что своими успехами обязан тому, что стоял на плечах гигантов. Он имел в виду тех ученых, чьими достижениями воспользовался. Так и германий выполнил всю работу, чтобы кремний мог стать символом целой эпохи. Сам же германий остался рядовым и незаслуженно забытым обитателем периодической системы.

На самом деле, такая судьба постигла не только германий. Большинство элементов незаслуженно обойдены вниманием. Даже имена многих ученых, открывших многие элементы и заполнивших пустовавшие клетки, практически забыты. Но некоторые из элементов, в частности кремний, пользуются всемирной славой, которая не всегда оправданна. Когда ученые работали над первыми вариантами периодической таблицы, они уже замечали сходство между некоторыми элементами. Химические «триады», ярким примером которых является группа «углерод-кремний-германий», были первой подсказкой о существовании периодического закона. Но некоторые ученые оказались более восприимчивыми к деталям, чем коллеги, и смогли распознать неявные черты, объединяющие целые семейства элементов. В этом элементы напоминают нас с вами – ведь в некоторых семьях на протяжении многих поколений проявляется горбоносость или ямочки на щеках. Наконец, один ученый – Дмитрий Иванович Менделеев – смог отследить и спрогнозировать такие схожие черты у элементов. Он навеки вписал свое имя в историю как автор периодической таблицы.

3. Галапагосы периодической таблицы

Можно сказать, что история периодической системы – это история многочисленных ученых, благодаря которым таблица приобрела современный вид.

Первый из героев этой главы носит одно из тех имен, которые из собственных стали нарицательными. Когда мы встречаем в исторических книгах упоминания о докторе Гильотене, Чарльзе Понци[22]22
  Чарльз Понци (1882–1949) – итальянский предприниматель, создатель финансовой «пирамиды Понци». – Прим, пер


[Закрыть], Жюле Леотаре[23]23
  Жюль Леотар (1838/1842-1870) – французский гимнаст; придуманный им цельный гимнастический костюм назван его именем. – Прим. пер.


[Закрыть] или Этьене Силуэте[24]24
  Этьен Силуэт (1709–1767) – министр французского двора, отличавшийся небывалой скупостью; за эту скупостью был награжден «скупой» карикатурой в виде теневого профиля, давшей название всем графическим изображениям такого рода. – Прим. пер.


[Закрыть], мы невольно улыбаемся оттого, что кто-то действительно носил такую фамилию. Мы поговорим об одном из создателей периодической системы, заслуживающим особых похвал, так как его знаменитая горелка позволила продемонстрировать больше студенческих фокусов, чем любой другой лабораторный прибор. Может показаться невероятным, что наш герой, немецкий химик Роберт Бунзен, на самом деле не изобретал «свою» горелку, а просто немного ее усовершенствовал и популяризовал в середине XIX века. Но даже без этой горелки его жизнь оказалась полна всяких опасностей и катастроф.

В молодости Бунзен всерьез интересовался мышьяком. Хотя этот элемент № 33 был известен еще в античные времена (древнеримские отравители смазывали им инжир), немногие законопослушные химики имели представление о мышьяке. Все изменилось, когда Бунзен стал возиться с этим ядом в своих склянках. Сначала он работал с какодилатами – соединениями на основе мышьяка. Название «какодилат» происходит от греческого слова со значением «зловонный». Бунзен признавался, что какодилаты смердели так ужасно, что даже вызывали у него галлюцинации, «мгновенно провоцировали дрожание рук и ног, приводили даже к головокружению и потере чувствительности». Язык «покрывался черным налетом». Вероятно, ради собственной безопасности Бунзен вскоре синтезировал вещество, по сей день считающееся наилучшим противоядием от мышьяка, – гидроксид железа. Это соединение, похожее на ржавчину, связывается с мышьяком, попавшим в кровь, и выводит его от организма. Тем не менее Бунзен не мог уберечься от всех опасностей. Из-за случайного взрыва химического стакана с мышьяком ученый лишился правого глаза и остался полуслепым на оставшиеся шестьдесят лет жизни.

После этого случая Бунзен прекратил опыты с мышьяком и предался своей страсти к изучению естественных взрывов. Бунзена привлекало все, что с шумом вырывалось из земли, и он посвятил несколько лет исследованию гейзеров и вулканов. Он самостоятельно собирал их пары и кипящие жидкости. Кроме того, Бунзен соорудил у себя в лаборатории модель гейзера Старый Служака и выяснил, как в гейзерах нагнетается давление и образуется фонтан. Бунзен вновь занялся химией, поступив на работу в Гейдельбергский университет в 1850-х годах, и вскоре навечно вписал свое имя в историю науки, создав спектроскоп. Этот инструмент позволяет изучать состав вещества по спектру, который оно начинает излучать при нагревании. Каждый элемент периодической системы при нагревании дает узкие полосы в разных частях спектра. Например, атомы водорода всегда излучают красную, желто-зеленую светло-голубую и синюю полосы. Если вы нагреете какое-то неизвестное вещество и спектроскоп покажет, что в его излучении есть именно такие спектральные линии, то можно быть уверенным, что в веществе содержится водород. Это был фундаментальный прорыв в науке, первый способ проникнуть в суть экзотических соединений, не кипятя их и не разлагая в кислотах.

Собирая первый спектроскоп, Бунзен и его студент укрепили стеклянную призму внутри пустого ящика из-под сигар, чтобы исключить попадание света извне, а потом прикрепили сверху два окуляра от подзорных труб, чтобы заглядывать внутрь, как на диораме. Единственная серьезная проблема, с которой столкнулась спектроскопия на заре своей истории, – получить настолько горячее пламя, чтобы воспламенить анализируемые вещества. Поэтому Бунзен сконструировал еще одно устройство, за которое ему до сих пор благодарны все, кто хоть раз пытался расплавить пластмассовую линейку или пробовал поджечь карандаш. Бунзен позаимствовал у местного техника примитивную газовую горелку и приделал к ней клапан, контролировавший поступление кислорода. Если вы припоминаете, как возились с горелкой Бунзена на уроках химии и нажимали кнопочку снизу, – да, это тот самый клапан. В результате пламя горелки превратилось из неэффективного потрескивающего оранжевого огня в спокойный шипящий голубой язычок, который сегодня можно наблюдать на любой газовой плите.

Благодаря работе Бунзена работа над периодической таблицей стала быстро продвигаться. Сам Бунзен скептически относился к идее классификации элементов по их спектрам, но других ученых такой подход не смущал, и спектроскоп почти сразу стали применять для идентификации новых элементов. Не менее важно и то, что спектроскопия помогла отсеять многие ошибочные сообщения об открытии новых элементов – оказалось, что в ранее неизвестных соединениях некоторые элементы встречаются в необычных формах. Такой надежный способ определения состава веществ значительно способствовал пониманию строения материи на самом глубоком уровне. Тем не менее ученым требовалось не только находить новые элементы, но и упорядочить их в виде стройной системы. И здесь мы должны отметить очередной значительный вклад Бунзена в развитие периодической системы: в 1850-е годы он сформировал в Гейдельберге целую научную школу, представители которой выполнили важную подготовительную работу, заложив основы периодического закона. Среди них был наш следующий герой, Дмитрий Иванович Менделеев, которого весь мир знает как создателя периодической системы элементов.

На самом деле, Менделеев не создал свою таблицу с нуля, равно как и Бунзен – свою горелку. Было предпринято не менее шести попыток создать такую таблицу, и все эти проекты строились на «химическом сходстве» различных элементов, замеченном еще раньше. Менделеев попытался понять, как можно объединить все элементы в сравнительно небольшие группы простых веществ со схожими свойствами, а потом вывел из этих опытов с периодизацией элементов научный закон. В этом он подобен Гомеру, собравшему из разрозненных греческих мифов эпос «Одиссея». Наука нуждается в своих героях не меньше, чем любая другая область деятельности, и Менделеев стал протагонистом в истории периодической системы элементов. На это есть несколько причин.

Начнем с того, что у него была интереснейшая биография. Менделеев родился в Сибири и был в семье самым младшим из четырнадцати детей. В 1847 году, когда будущему ученому было тринадцать лет, умер его отец. Овдовевшая мать, Мария Дмитриевна, решилась на героический по тем временам поступок и пошла работать на стекольную фабрику, где управляла рабочими-мужчинами. Это позволило ей прокормить большую семью. Но вскоре фабрика сгорела. Мать связывала большие надежды со смышленым младшим сыном, вместе с которым верхом на лошадях отправилась в Москву, преодолев почти две тысячи километров по степям, перебравшись через заснеженные Уральские горы. Но в элитный Московский университет Дмитрия не приняли, так как сочли «не местным»[25]25
  Необходимо уточнить причину отказа. Менделеев окончил гимназию в Тобольске, а по действовавшим в то время правилам выпускники из этого региона имели право поступать только в Казанский университет. – Прим. пер.


[Закрыть]. Но Мария Дмитриевна не отчаивалась и отправилась с сыном еще дальше, в Санкт-Петербург, где учился когда-то отец Дмитрия Менделеева. На этот раз Дмитрию Ивановичу удалось поступить в университет. Его мать вскоре умерла, но еще успела увидеть приказ о зачислении сына.

Менделеев был превосходным студентом. После окончания института он продолжил образование в Париже и Гейдельберге, где его научным руководителем некоторое время был прославленный Бунзен (между двумя химиками сложились непростые отношения – отчасти из-за неровного характера Менделеева, а также потому, что в лаборатории у Бунзена всегда было смрадно и шумно). В 1861 году Менделеев вернулся в Санкт-Петербург, где получил профессорскую кафедру, и в этот период начал задумываться о природе элементов. Его исследования привели к формулировке периодического закона в 1869 году.

Многие другие ученые также занимались проблемой классификации элементов. Некоторым даже почти удалось решить ее, пусть и не до конца, при помощи тех же методов, что и Менделееву. В 1865 году английский химик Джон Ньюлендс, которому было около 30 лет, представил научному сообществу свой вариант таблицы. Но работу Ньюлендса погубила тяга ученого к риторике. На тот момент благородные газы (от гелия до радона) были еще не известны, поэтому в верхних рядах периодической системы насчитывалось по семь элементов. Ньюлендс придумал причудливую метафору и сравнил семь столбцов периодической системы с нотами музыкальной гаммы – «до-ре-ми-фа-соль-ля-си». К сожалению, Лондонское химическое общество не оценило такой метафоры и высмеяло «музыкальную» химию Ньюлендса.

Более серьезным соперником Менделеева был Юлиус Лотар Мейер, немецкий химик с пышной белой бородой и аккуратно напомаженными черными волосами. Мейер также работал в Гейдельберге под руководством Бунзена и имел солидную профессиональную репутацию. В частности, Мейер открыл, что транспортировка кислорода в организме происходит благодаря связыванию этого газа с гемоглобином в красных тельцах крови. Мейер опубликовал свою таблицу практически одновременно с Менделеевым, двое ученых в 1882 году даже вместе получили престижную награду – Медаль Дэви, которую можно считать предшественницей Нобелевской премии. Медаль была вручена с формулировкой «За открытие периодического закона». Это английская премия, но Ньюлендс стал ее обладателем лишь в 1887 году. Мейер продолжал заниматься важнейшей работой, лишь укреплявшей его репутацию, – в частности, помог популяризовать ряд радикальных теорий, которые в итоге оказались верными. Менделеев же проявил себя как своенравный и надменный человек, который – невероятно! – даже отказывался верить в реальность атомов[26]26
  Сегодня это может показаться невероятным, но мнение о том, что атомы не существуют, было весьма распространено среди химиков того времени. Многие ученые отказывались верить в реальность частиц, которые невозможно увидеть глазами. В лучшем случае атомы считались абстракциями, удобными, например, при расчетах, но тем не менее воспринимались как совершенно умозрительные сущности.


[Закрыть]. Позже он отрицал и существование некоторых других явлений и частиц – например, электронов и радиоактивности. Если бы в 1880 году мы соизмерили вклад Менделеева и Мейера в науку и задумались о том, кто из них является более крупным химиком-теоретиком, то, вполне возможно, выбрали бы Мейера. Итак, что же перед судом истории[27]27
  Самое лучшее описание всех шестерых ученых, соперничавших за более точное систематическое представление всех известных элементов, дается в книге Эрика Скерри The Periodic Table. Распространено мнение, что периодическую систему элементов независимо создали или, по крайней мере, посодействовали этому еще три человека.
  По Скерри, Александр Эмиль де Шанкуртуа осуществил «самый важный этап» в создании периодической таблицы – открыл «тот факт, что свойства элементов находятся в периодической зависимости от их атомного веса». Француз пришел к этому выводу на целых семь лет раньше, чем Менделеев. Де Шанкуртуа был геологом и начертил свою таблицу на цилиндре, как резьбу на винте. Его таблица так и осталась неизвестной широкой общественности лишь потому, что издатель просто не смог найти способ, позволявший правильно отразить эту важнейшую схему на бумаге. Наконец, он просто отказался от этой идеи и опубликовал статью без иллюстрации. Вот насколько сложно представить себе периодическую систему, не видя ее! Тем не менее дело Шанкуртуа по созданию периодической таблицы было продолжено его соотечественником, Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. Возможно, он продолжал эти исследования именно в пику Менделееву.
  Уильяму Одлингу, выдающемуся английскому химику, по-видимому, просто не повезло. Он догадался о многих важных свойствах периодической системы, но сегодня практически забыт. Вероятно, у Одлинга просто было много других интересов как в химической науке, так и в управленческой сфере, и Менделеев опередил его лишь потому, что был одержим идеей таблицы. Одна из ошибок Одлинга заключалась в том, что он неверно определил длину периода элементов (то есть тот интервал, через который встречаются элементы со схожими химическими свойствами). По Одлингу, период имеет длину в восемь клеток, но это верно лишь в верхней части таблицы. Поскольку у многих элементов имеются d-оболочки, в третьем и четвертом ряду длина периода составляет восемнадцать элементов. В свою очередь, элементы с f-оболочками увеличивают длину периода (периоды 5 и 6) до тридцати двух клеток.
  Единственным американцем в числе рассматриваемых ученых является Густавус Хинрикс (правда, родился он не в Америке, а в немецком княжестве Гольштейн). Лишь его можно считать эксцентричным отверженным гением, опередившим свое время. Он опубликовал более трех тысяч научных статей на четырех языках и первым предпринял попытку изучения и классификации элементов по виду их спектра, вскоре после открытия, совершенного Бунзеном. Хинрикс также занимался нумерологией и разработал периодическую систему, напоминавшую по форме спиральную галактику. Хинрикс верно определил положение многих очень непростых элементов. Скерри резюмирует, что «работы Хинрикса представляются такими специфическими и запутанными, что требуются подробные дополнительные исследования, прежде чем мы рискнем оценить истинную ценность его открытий».


[Закрыть] отличает Менделеева от Мейера и четырех других конкурентов, предложивших свои варианты таблицы раньше него?

Во-первых, Менделеев в большей степени, чем кто-либо другой, понимал, что среди элементов могут периодически повторяться определенные, но не все химические свойства. Он осознал, что такое соединение, как оксид ртути (оранжевый порошок), не содержит в себе «газообразный кислород» и «жидкую металлическую ртуть», как полагали многие его современники.

Это соединение состоит из двух элементов, один из которых в свободном состоянии представляет собой газ, а другой – жидкий металл. В соединении неизменным сохраняется лишь атомный вес каждого элемента, который Менделеев и считал определяющей чертой каждого простого вещества – это вполне согласуется с современными представлениями.

Во-вторых, в отличие от других ученых, которые весьма по-дилетантски расставляли элементы по рядам и столбцам, Менделеев всю жизнь провел в химических лабораториях и очень, очень хорошо знал, каковы элементы на практике, как они плавятся, пахнут и реагируют. В особенности это касалось металлов, наиболее противоречивых элементов, которые было сложнее всего правильно систематизировать. Именно поэтому Менделеев смог уверенно классифицировать 62 элемента, известные на тот момент, по рядам и столбцам. Кроме того, Менделеев постоянно придирчиво пересматривал свою таблицу, даже записывал символы элементов на карточках и раскладывал в кабинете настоящий химический пасьянс. Важнее всего отметить, что и Менделеев, и Мейер оставили в своих системах пустые клетки, в которые не вписывались никакие из известных элементов. Но Менделеев, в отличие от щепетильного Мейера, набрался смелости и решился предсказать, что новые элементы еще предстоит открыть. «Ищите лучше, химики и геологи, – словно подсказывал Менделеев, – ищите, и найдете». Отслеживая черты известных элементов в каждом столбце, Менделеев даже смог предсказать плотности и атомные веса некоторых еще не открытых элементов. Когда его прогнозы начали сбываться, это произвело гипнотический эффект. Более того, когда в 1890-х годах были открыты благородные газы, таблица Менделеева прошла важнейшее испытание: новые газы вписались в нее без проблем, достаточно было просто добавить еще один столбец. Кстати, сначала Менделеев не признавал существования инертных газов, но к моменту открытия всей этой группы его таблица уже была всеобщим достоянием.

Наконец, сыграл роль и неординарный характер Менделеева. Федор Михайлович Достоевский, соотечественник и современник Менделеева, известен тем, что всего за три недели написал роман «Игрок» чтобы погасить огромные карточные долги. Менделеев оказался в схожей ситуации: он очень быстро составил первый вариант таблицы, чтобы уложиться в сроки, поставленные типографией. Он уже подготовил первый том своей работы, пятисотстраничный фолиант, но успел описать всего восемь элементов. Все остальные элементы он должен был вместить в еще одну такую же книгу. Менделеев полтора месяца откладывал решение этой проблемы и в конце концов решил, что для максимально сжатого представления всех элементов можно объединить их в таблицу. Воодушевившись этой идеей, Менделеев забросил свой приработок на должности химического консультанта в местной сыроварне и полностью сосредоточился на создании таблицы. В печатном варианте книги Менделеев не просто предсказал, что под бором и кремнием должны располагаться два еще не известных элемента, но и предварительно назвал их. Его репутация нисколько не пострадала от того, что эти наименования получились таинственными и странными (в смутные времена люди стремятся найти пророков): экабор и экасилиций. Приставка «эка» в переводе с санскрита означает «один» – имелось в виду, что неизвестный еще элемент располагается в таблице на одну строчку ниже уже известного аналога.

Через несколько лет Менделеев, уже будучи известным ученым, развелся с женой и захотел жениться повторно. Строгие православные каноны не позволяли разведенному жениться ранее, чем через семь лет. Не желая ждать так долго, Менделеев решил подкупить священника и все-таки обвенчался с новой супругой. Юридически он стал двоеженцем, но власти не решались арестовать его. Когда один местный чиновник пожаловался царю на двойные стандарты, нечестный священник был расстрижен, но царь высокомерно ответил на жалобу так: «Это верно, у Менделеева две жены, но Менделеев-то у меня один!» Тем не менее терпение царя было не безграничным. В 1890 году ученый, увлекавшийся анархическими идеями, был лишен академического поста за симпатии, которые выказывал агрессивным левым студенческим группам.

Несложно понять, почему историков и других ученых так интересует биография Менделеева. Разумеется, никто сегодня не вспомнил бы историю его жизни, не создай он периодическую систему. Вообще достижение Менделеева можно сравнить с работой Дарвина в биологии и Эйнштейна в физике. Никто из этих троих гениев не выполнил всю свою работу сам, от начала и до конца. Но их отличало умение увидеть далеко идущие следствия наблюдаемых явлений, а также способность подкрепить теоретические выкладки эмпирическими доказательствами. Подобно Дарвину, Менделеев нажил себе злопамятных врагов в научном сообществе. Давать названия элементам, которых ты никогда не видел, казалось неслыханной наглостью. Неудивительно, что это привело в бешенство одного из интеллектуальных наследников Бунзена – того человека, который открыл «экаалюминий» и по праву полагал, что именно он, а не неистовый русский заслужил честь назвать этот элемент.

* * *

Открытие экаалюминия, который сегодня известен под названием «галлий», заставляет задуматься о том, что же в действительности продвигает науку вперед: теории, формирующие наше представление о мире, либо эксперименты, простейший из которых способен разрушить самую элегантную теорию? Знаменитый экспериментатор (первооткрыватель галлия), повздоривший с Менделеевым, мог уверенно ответить на этот вопрос. Поль Эмиль Франсуа Лекок де Буабодран родился в семье виноделов во французском местечке Коньяк в 1838 году. Буабодран был симпатичным человеком с вьющимися волосами и пышными усами, любил носить щегольские галстуки. Возмужав, Буабодран переехал в Париж, научился работать с бунзеновским спектроскопом и вскоре стал лучшим в мире специалистом по работе с этим прибором.

Лекок де Буабодран достиг в спектроскопии такого мастерства, что в 1875 году, заметив в спектре минерала новые спектральные линии, он сразу же безошибочно заключил, что обнаружил ранее неизвестный элемент. Ученый назвал его галлием. Галлия – это латинское название Франции. Сторонники теорий заговора обвиняли Лекока де Буабодрана в том, что он хитро назвал элемент в честь себя, так как слово «лекок» в переводе с французского означает «петух», а латинское название петуха – «gallus». Де Буабодран решил во что бы то ни стало подержать свою находку в руках, поэтому принялся тщательно выделять из минерала образец этого элемента. На это ушел не один год, но в 1878 году француз наконец получил чистый и красивый кусочек металла. При комнатной температуре галлий остается твердым, но уже при 29,8 °C плавится (как известно, нормальная температура человеческого тела – 36,6 °C). Поэтому прямо в руке галлий тает, превращаясь в зернистую густую кашицу, напоминающую ртуть. Это один из немногих жидких металлов, который можно потрогать, не сжигая палец до кости. Неудивительно, что галлий стал сплошь и рядом использоваться в профессиональных фокусах среди химиков. Эти шутки гораздо интереснее, чем номера с горелкой Бунзена. Поскольку галлий похож на алюминий, но очень легко плавится, химики порой любят подавать к чаю галлиевые ложечки и наблюдать за обескураженными гостями, на глазах у которых «Эрл Грей» разъедает столовые приборы[28]28
  Если вам не терпится самим воспроизвести шутки с галлием, можете посмотреть на YouTube, как чайная ложечка растворяется в стакане. Также предлагаю почитать замечательную книгу Оливера Сакса Uncle Tungsten («Дядя Вольфрам»), в которой он рассказывает о своем увлекательном детстве.


[Закрыть].

Лекок де Буабодран опубликовал работу об этом причудливом металле в научных журналах, по праву гордясь своей находкой. Галлий был первым из новых элементов, открытым после 1869 года, когда Менделеев представил миру свою таблицу. Когда Менделеев прочитал о работе де Буабодрана, он попытался влезть на пьедестал француза и заявить, что галлий открыт на основе его, менделеевского, описания экаалюминия. Лекок де Буабодран сухо парировал, что это не так и всю работу он проделал сам. Менделеев продолжал протестовать, и двое ученых вступили в жаркую дискуссию на страницах научных журналов. У них получился настоящий роман с продолжением, в котором авторы попеременно рассказывают свои главы. Вскоре дискуссия пошла на повышенных тонах. Лекок де Буабодран, раздраженный претензиями Менделеева, заявил, что задолго до россиянина периодическую таблицу разработал малоизвестный француз и что Менделеев просто присвоил себе идеи этого человека. Как известно, хуже этого греха в науке считается лишь подтасовка данных. Кстати, Менделеев никогда не любил делиться славой. Мейер, напротив, уже в 1870 году ссылался в своих работах на таблицу Менделеева, в результате чего потомки даже стали полагать, что исследования Мейера в области периодического закона производим от менделеевских.

В свою очередь, Менделеев изучил результаты исследований де Буабодрана и безапелляционно заявил экспериментатору, что тот ошибся в расчетах, так как плотность и вес галлия отличаются от показателей, спрогнозированных для экаалюминия. Можно себе представить, сколько желчи было вложено в этот упрек, но, как замечает Эрик Скерри, историк и специалист по философии науки, «Менделеев всегда хотел подправить природу, чтобы она лучше вписывалась в его грандиозную таблицу». Следует отметить, что в этом случае Менделеев оказался прав: вскоре Лекок де Буабодран пересмотрел свои данные и опубликовал результаты, которые оказались гораздо ближе к прогнозу Менделеева. Скерри пишет: «научное сообщество было ошеломлено тем, что Менделеев на кончике пера описал свойства нового элемента даже точнее, чем химик, который его открыл». Учитель литературы как-то раз рассказал мне, что сюжет становится великим – а история о создании периодической системы, безусловно, великая, – когда ее кульминация оказывается «неожиданной, но совершенно закономерной». Полагаю, что Менделеев, составивший гениальную схему своей таблицы, также был ею поражен. Но в то же время истинность таблицы необыкновенно убедительна, так как вся схема пронизана красивой и безусловной простотой. Неудивительно, что ощущение триумфа порой одурманивало ученого.

Если оставить в стороне персональные отношения, становится понятно, что здесь мы видим спор между теорией и экспериментом. Возможно ли, что теория настроила чутье де Буабодрана на нужный лад и помогла открыть новый элемент? Или же именно эксперимент бесспорно подтвердил свойства галлия, а теория Менделеева лишь удачно вписалась в реальность? Менделеев мог предсказать что угодно, но именно Буабодран обнаружил галлий, подтверждающий верность менделеевской таблицы. В свою очередь, французу пришлось пересмотреть расчеты и опубликовать новые данные, лучше соответствовавшие прогнозам Менделеева. Лекок де Буабодран утверждал, что никогда не видел таблицы Менделеева, но он мог слышать о ней от коллег, и подобные разговоры, ходившие в научном сообществе, стимулировали ученых внимательнее присматриваться к образцам – а нет ли там новых элементов? Великий Альберт Эйнштейн однажды отметил: «Теория определяет, что именно можно наблюдать».

В конце концов, мы, вероятно, не сможем определить, что – теория или эксперимент, голова или хвост науки – важнее для научного прогресса. Тем более, известно, что многие прогнозы Менделеева оказались ошибочными. На самом деле, ему повезло, что Лекок де Буабодран, серьезный ученый, открыл экаалюминий. Если бы кто-то воспользовался одной из менделеевских ошибок – так, русский ученый считал, что существует много элементов легче водорода, и клялся, что в солнечной короне содержится уникальный элемент «короний», – то Менделеев вполне мог умереть в забвении. Но как мы прощаем античным астрологам их ложные и даже противоречащие друг другу гороскопы и помним о единственной комете, которую им удалось открыть, так и имя Менделеева связано для нас с триумфом. Более того, при упрощенном взгляде на историю легко переоценить вклад в науку, сделанный Менделеевым, Мейером и другими. Они, несомненно, проделали важную работу, соорудив каркас, на котором потомки смогли разместить все химические элементы. Но необходимо отметить, что в 1869 году было известно всего две трети элементов, и долгие годы многие из них находились не на своих местах даже в самых лучших таблицах.

Огромная работа отделяет современный учебник химии от менделеевского двухтомника. Особенно сложно было разобраться с пестрой компанией лантаноидов, расположенных в нижней части таблицы. Ряд лантаноидов начинается с лантана, пятьдесят седьмого элемента. Поиски подобающего места для них в периодической системе занимали химиков добрую часть XX века. Поскольку в глубине атомов лантаноидов скрыто множество электронов, эти металлы очень легко смешиваются друг с другом. Отделить одни лантаноиды от других не проще, чем распутать заросли плюща. Для их разделения практически бесполезна даже спектроскопия – ведь если ученый заметит в спектре десятки новых полос, он не знает, сколько именно элементов за ними скрывается. Даже Менделеев, не скупившийся на различные прогнозы, не решался что-либо утверждать о лантаноидах.

К 1869 году было известно лишь несколько элементов тяжелее церия, второго по счету лантаноида. Но Менделеев, вместо того чтобы отчеканить десяток новых «эка-», признал свою беспомощность. После церия в таблице стали ряд за рядом расти пустые клетки. Позже, когда стали обнаруживаться новые лантаноиды, правильно расставить их было затруднительно – в том числе по той причине, что некоторые «новые» элементы оказывались просто смесями старых. Церий словно располагался на краю известной Менделееву ойкумены, как Гибралтар, который древние мореходы считали краем земли. Казалось, что после церия ученых ждет какой-то водоворот или обрыв, через который океан выплескивается в никуда.

На самом деле, Менделеев мог бы распутать все эти противоречия, если бы отправился всего на несколько сотен километров северо-западнее Петербурга, в Швецию. Именно в Швеции был открыт церий, и в этой же стране находилась неприметная шахта для добычи полевого шпата, расположенная поблизости от деревушки с забавным названием Иттербю.

Ранний (поперечный) вариант таблицы, составленный Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году. После церия (Се) видим огромный пробел, показывающий, как мало Менделеев и его современники знали о запутанной химии редкоземельных металлов

В 1701 году дерзкий молодой человек по имени Иоганн Фридрих Бёттгер, воодушевленный тем, как он сейчас одурачит целую толпу зевак безобидными фокусами, вытащил две серебряные монеты и приготовился к демонстрации волшебства. Он взмахнул руками, произвел над деньгами какие-то химические манипуляции – и вдруг серебро исчезло, а на его месте оказался цельный кусок золота. Это был самый убедительный алхимический опыт, который доводилось видеть местным жителям. Бёттгер был уверен, что навсегда обеспечил себе прочную репутацию, и, к сожалению, был совершенно прав.

Слухи о Бёттгере вскоре дошли до польского короля Августа Сильного, который схватил молодого алхимика и заточил его в замке, как Румпелынтильцхена[29]29
  Герой немецких сказок, злой карлик, способный прясть золото из соломы. – Прим. пер.


[Закрыть], чтобы тот прял золото для нужд королевства. Разумеется, Бёттгер не мог выполнить такого приказа, и после немногих бесплодных экспериментов этот безобидный врунишка, еще такой молодой, оказался под угрозой виселицы. Отчаянно пытаясь спастись, Бёттгер стал умолять короля о пощаде. Да, ему не удалось синтезировать золото, но он утверждал, что умеет делать фарфор.

В те времена подобное заявление казалось не менее бредовым, чем обещание сварить золото. С тех пор как Марко Поло вернулся из Китая в конце XIII века, европейское дворянство было буквально одержимо белым китайским фарфором – таким прочным, что его не царапала пилочка для ногтей, но в то же время удивительно прозрачным, как яичная скорлупа. Об империях судили по роскошеству их сервизов, а о волшебной силе фарфора распространялись невероятные слухи. Так, считалось, что фарфоровая чашка обезвреживает любые яды. Еще рассказывали, что в Китае так много фарфора, что из него воздвигли девятиэтажную башню, просто из тщеславия. Кстати, такая башня действительно существовала. Веками могущественные европейские семейства, например Медичи из Флоренции, выделяли средства на получение фарфора, но были вынуждены довольствоваться лишь жалкими имитациями.

К счастью для Бёттгера, при дворе короля Августа нашелся умелый мастер, уже работавший с фарфором, – Эренфрид Вальтер фон Чирнхаус. Перед этим Чирнхаус брал пробы земли по всей Польше, пытаясь определить, где искать драгоценные металлы для короны. Он сконструировал специальную печь, в которой достигалась температура до 1700 °C. В этой печи Чирнхаусу удавалось расплавлять фарфор и анализировать его. Король назначил смышленого Бёттгера ассистентом Чирнхауса, и начались активные исследования. Двое химиков открыли, что таинственными компонентами китайского фарфора является белая глина, называемая каолин, и минерал полевой шпат, при высоких температурах сплавляющийся в стекло. Не менее важна и другая находка двоих мастеров: они выяснили, что, в отличие от многих других керамических материалов, фарфоровую глазурь и глину нужно варить одновременно, а не последовательно. Именно высокотемпературный сплав глазури и каолина придает фарфору его прозрачность и прочность. Усовершенствовав процесс, мастера с облегчением вернулись к королю и продемонстрировали, что у них получилось. Август изрядно их отблагодарил, мечтая, что фарфор немедленно сделает его самым влиятельным монархом в Европе. Разумеется, Бёттгер рассчитывал, что после такого достижения ему будет дарована свобода. Но король, к сожалению, решил, что Иоганн – слишком ценный специалист, чтобы отпускать его, и даже усилил надзор над ним.