Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века - [48]
[165]радия и обнаружил ее превращение в гелий. Занимаясь исследованием возможности использования радия для лечения раковых заболеваний, Рамзай сам заболел раком и умер в 1916 г.
В 1867 г. спектроскоп был применен для исследования хромосферы[166]. При этом были обнаружены новые линии, которые не могли быть отнесены ни к одному из найденных на Земле элементов. Э. Франкленд и Дж. Локьер назвали элемент гелием[167].
В 1895 г. американский исследователь У. Гиллебранд обнаружил в редко встречающемся минерале клевеите[168] газ и передал его для изучения Рамзаю. Поначалу Рамзай решил, что имеет дело с аргоном, однако в спектре этого газа он обнаружил ярко-желтые линии, такие же, как были зафиксированы в солнечном спектре и идентифицированы как линии гелия. Позднее гелий был открыт также и в других минералах, обычно в тех, которые содержали уран. После открытия радиоактивности причина этого стала ясна: гелий был продуктом распада радиоактивных элементов (см. ниже).
Ни для аргона, ни для гелия в периодической системе не было предусмотрено места. Поэтому по поводу их существования у ученых было много сомнений, однако Рамзай считал эти сомнения необоснованными и предложил поместить эти элементы в дополнительную, восьмую группу.
Прибор У. Рамзая для разделения атмосферного азота и кислорода (1896 г.)
Сравнивая их атомные массы с положением в системе, он нашел, что должны существовать еще три инертных газа: один, с атомной массой 20, должен находиться между гелием и аргоном, а два других, с атомными массами 82 и 129,- после аргона.
Совместно со своим другом М. Траверсом Рамзай занялся поисками предполагаемых элементов. В 1896-1898 гг. их усилия увенчались успехом: они открыли неон (атомная масса 20,19), криптон (атомная масса 82,9) и ксенон (атомная масса 130,2).
Из-за неспособности инертных газов образовывать химические соединения[169] их объединили в особую, нулевую группу периодической системы. Д. И. Менделеев в 1905 г. приветствовал такое расширение периодической системы. Еще в 1869 г. он говорил о том, что число элементов, стоящих вблизи водорода, может быть увеличено.
Конец XIX в. ознаменовался открытием элементов, отличавшихся от всех прежде известных тем, что они обладали способностью испускать особые лучи. Это было совершенно необычное явление (названное по предложению М. Склодовской-Кюри радиоактивностью[170]). Поэтому, когда супруги Кюри сообщили о существовании двух неизвестных радиоактивных элементов, большинство ученых не поверили им.
В 1895 г. В. Рентген открыл Х-лучи, названные впоследствии его именем (рентгеновские лучи). Год спустя А. Беккерель доказал, что соли урана также испускают подобные лучи: они вызывали потемнение фотопластинок, завернутых в черную бумагу, и разряжали электроскоп. Этим "урановым излучением" заинтересовалась Мария Склодовская-Кюри и занялась более детальным его исследованием.
Пьер Кюри (1859-1906) и Мария Склодовская-Кюри (1867-1934)
Мария Склодовская-Кюри родилась в 1867 г. в Варшаве в семье преподавателя гимназии. После окончания гимназии изучала физику и химию в Париже. Там же познакомилась с Пьером Кюри и вышла за него замуж. Пьер Кюри родился в 1859 г. в Париже и ко времени их женитьбы был преподавателем Высшей физической школы. Для эксперимента с радием в распоряжение супругов Кюри руководство Школы предоставило помещение бывшего анатомического театра. Все попытки супругов Кюри в течение четырех лет заинтересовать своей работой университет или академию оказывались безуспешными, поскольку официальные представители науки не были сторонниками идей Марии и Пьера Кюри. Однако супруги Кюри не падали духом: ни отсутствие денег, ни болезни не могли отвлечь их от задуманной работы.
Изучая радиоактивность, Мария и Пьер Кюри использовали созданный ранее Пьером Кюри и его братом электроскоп. Их интересовало, существуют ли помимо урана другие радиоактивные элементы, и вскоре они обнаружили такой элемент: им оказался торий. Продолжая исследования, супруги Кюри обнаружили, что настуран (урановая смолка)[171] и халколит обладают более сильной радиоактивностью, чем можно было ожидать в соответствии с содержанием в этих рудах урана и тория. Отсюда ученые сделали смелый вывод о том, что такая более сильная радиоактивность должна быть вызвана наличием какого-то еще неизвестного элемента.
При разделении урановой руды были получены две фракции; одна содержала висмут, другая — барий, причем обе были более радиоактивными, чем уран. Из этого Мария и.Пьер Кюри в 1898 г. сделали вывод о существовании еще неизвестных радиоактивных элементов. Поскольку бариевая фракция была особенно радиоактивна, то ученые пришли к выводу, что именно в ней следует искать предполагаемые элементы. Так супруги Кюри обнаружили полоний и радий.
Исходным материалом для их исследований послужила урановая руда. Кюри обрабатывали эту руду кипящим концентрированным содовым раствором. Нерастворившийся при этом остаток они промывали водой и обрабатывали соляной кислотой. Остаток, содержащий радий, они обрабатывали подобным же образом еще много раз. Из солянокислого раствора при действии серной кислоты осаждались сульфаты радия и бария. Для очистки радия Кюри переводили сульфаты в хлориды, которые потом разделяли путем фракционной кристаллизации. Из насыщенного раствора смеси в первую очередь выделялся более трудно растворимый хлорид радия. В результате более чем четырехлетней работы (около 10 000 дробных кристаллизации провели они, чтобы отделить сопутствующие элементы от радия) супруги Кюри из нескольких тонн урановой руды получили 0,1 г хлорида радия. 28 марта 1902 г. Кюри опубликовали сообщение об определении относительной атомной массы радия, равной 225,9. Спустя восемь лет М. Кюри со своим сотрудником А. Дебьёрном провела электролиз хлорида радия и получила металлический радий.
