Пути развития химии. Том 2. От начала промышленной революции до первой четверти XX века - [49]

Способность испускать лучи стала признанным способом доказательства радиоактивности вещества. В 1899 г. Дебьёрн обнаружил еще один радиоактивный элемент — актиний[172].

Проблема радиоактивности заинтересовала и английских ученых Э. Резерфорда и Ф. Содди. Они решили выяснить, не сопровождается ли это излучение какими-либо еще процессами. Им удалось доказать, что при этом образуется эманация, позднее получившая название радон. При этом ученые обнаружили, что эманация сама превращается в гелий[173].

Этими открытиями закончился период "классической химии" и начался новый период, который часто называют веком атома. Возможно, последующие поколения будут рассматривать период классической химии как переходный.

Заканчивая обзор истории открытия элементов, следует добавить, что в 1905-1907 гг. Ж. Урбен и А. Вельсбах открыли редкоземельный металл лютеций. В 1918 г. О. Ган и Л. Майтнер открыли протактиний, обнаруженный незадолго до них также Ф. Содди и Д. Кранстоном. В 1923 г. Г. Хевеши и Д. Костер, применив новый метод рентгеноскопии, открыли гафний. Спустя 3 года немецкие ученые В. Ноддак, И. Такке, О. Берг предсказали существование рения, а в 1925 г. он был с достоверностью обнаружен экспериментально Вальтером и Идой Ноддаками[174]. Элемент с порядковым номером 87 был найден в 1939 г. М. Переем и получил название "франций". Двумя годами ранее был обнаружен элемент под номером 43 — технеций, а в 1945 г.- элемент 61-прометий[175]. Последние два элемента были получены искусственным путем в виде радиоактивных изотопов.

Анализ и синтез органических веществ

Нет искусства столь же трудного, как искусство наблюдения: это свойство образованного трезвого ума и большого опыта, который приобретается только практикой.

Юстус Либих [33, с. 19]

Количественный анализ органических веществ. Элементный анализ [176]

Уже в течение нескольких столетий было известно, что при сгорании органических веществ, например парафина или спирта, образуется вода. Этот процесс изучали И. Ван Гельмонт и Р. Бойль. Позднее Дж. Пристли и К. Шееле установили, что при горении парафина, кроме того, образуется углекислый газ ("углекислота").

Установив, что "углекислота" состоит из углерода и кислорода, а вода — из водорода и кислорода, Лавуазье стимулировал систематические исследования состава органических веществ. При качественном анализе органических веществ он находил в них углерод и водород, а иногда и азот[177]. В конце XVIII в. Бертолле более наглядно показал, что органические вещества, особенно животного происхождения, действительно содержат азот.

Для определения элементного состава органических веществ Лавуазье подвергал эти вещества превращению таким образом, чтобы элемент или группы элементов, входящие в состав этих веществ, образовывали при этом известные химикам соединения. Так, наличие азота Лавуазье доказывал образованием аммиака, наличие фосфора и серы — превращением их соответственно в фосфорную и серную кислоты[178].

Тот факт, что из немногих элементов (углерода, водорода, кислорода, азота и др.) образуется бесконечное количество органических веществ, вызывал у ученых большое удивление. Они зачастую не были в состоянии понять, как из одних и тех же элементов могли состоять листья, цветы, мясо, кровь, кости и т.д. Видимо, элементы должны были присутствовать в веществах в различных количествах. Эта идея привела к созданию элементного анализа. Его первоначальная методика тоже была разработана Лавуазье. Лавуазье сжигал вещество и изучал продукты его сгорания. Легко сгорающие вещества он сжигал под заполненным определенным объемом кислорода колпаком с ртутным затвором. Таким способом Лавуазье смог определить объем образующегося углекислого газа и установить оставшееся количество кислорода, а по этим данным рассчитать количества углерода, водорода и кислорода в исследуемом веществе.

Прибор А. Лавуазье для анализа органических веществ

Плохо горящие вещества Лавуазье смешивал с соединениями, которые при нагревании легко выделяли кислород, например с оксидом ртути. Это способствовало полному сгоранию исследуемого образца. Тем самым Лавуазье разработал принципиальные основы органического анализа. Правда, он не успел опубликовать многие из этих результатов; они были обнаружены в лабораторном журнале Лавуазье только через четыре года после его смерти.

Прибор Й. Берцелиуса для сжигания органических веществ (1821 г.)

Другие химики, в частности Дж. Дальтон и Т. Соссюр, не были знакомы в деталях с методом Лавуазье. Поэтому, когда они сжигали смесь паров исследуемого вещества с кислородом, их опыты были менее удачными. В начале XIX в. Ж. Л. Гей-Люссак и Л. Тенар предложили более удобный метод анализа: они сжигали органическое вещество в присутствии хлората калия. В 1815 г. Гей-Люссак усовершенствовал этот метод, применив в качестве окислителя оксид меди. Исходя из количества полученного углекислого газа и объема кислорода, Гей-Люссак рассчитывал содержание углерода, водорода и кислорода в исследуемом соединении.

Кали-аппарат Либиха для элементного анализа

Берцелиус усовершенствовал элементный анализ, предложив смешивать органическое вещество с хлоратом калия (с бертолетовой солью) и хлоридом натрия, а затем постепенно разлагать их. Таким образом, он предложил определять не только углекислоту, но и воду, используя для этого хлорид кальция в качестве поглотителя. Важной составной частью аналитического прибора Берцелиуса была трубка для сжигания, которую Берцелиус в отличие от Гей-Люссака и Тенара располагал не вертикально, а горизонтально. Поэтому ее можно было нагревать непрерывно по отдельным участкам. Лучших результатов Берцелиус добился также потому, что содержание водорода в веществе он рассчитывал не косвенным путем (по количеству израсходованного кислорода), а взвешивая водород в виде соединения его с кислородом, т.е. в виде образовавшейся при этом воды.