8 months ago
No comment

Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

  1. ПЯТЬДЕСЯТ СЕМЬ — И НИ ОДНОГО БОЛЬШЕ

Когда в 1789 году Лавуазье попытался составить список всех элементов, какие существуют в мире, он насчитал их всего тридцать три. Но в действительности только двадцать четыре из них были настоящими эле­ментами. Остальные девять либо вообще не существовали в природе, либо были причислены Лавуазье к элементам только потому, что в его время еще не умели разлагать эти вещества на составные части.

А сорок лет спустя, в год смерти Дэви, химики уже твердо знали о существовании пятидесяти трех различ­ных элементов.

Сам Дэви открыл и указал путь к открытию не менее десятка новых элементов, а остальные были найдены другими учеными различных стран.

В начале XIX века жил в Париже некий Куртуа. Когда в Европе начались наполеоновские войны и вы­рос спрос на селитру, из которой готовят черный порох, Куртуа построил под Парижем селитряный завод. Дела пошли у него неплохо, но скоро он заметил, что медные чаны, в которых готовилась селитра, почему-то чересчур быстро протравливаются насквозь. Куртуа стал доиски­ваться причины и обнаружил в щелоках неизвестное едкое вещество.

В чистом виде оно представляло собой твердые кри­сталлики, отливавшие черным металлическим блеском. Эти кристаллы обладали одним необычным свойством: при нагреве они сразу, не плавясь, превращались в фио­летовые пары.

Куртуа дал изучить найденное им вещество знако­мому профессору Клеману. Тот показал его крупнейшему французскому химику Гей-Люссаку. А когда Дэви в 1813 году посетил Париж, то и ему дали на исследова­ние кусочек вещества, которое выделяло фиолетовые пары.

Так был открыт новый элемент — иод.

Это тот самый иод, которым мы все теперь пользуем­ся, когда нужно обеззаразить порез, царапину или рану. Только мы для этой цели употребляем не твердый иод, а его раствор в винном спирте.

Спустя несколько лет после открытия иода был из­влечен из редкого минерала еще один неизвестный эле­мент — металл, похожий на калий и натрий. Он оказался совсем легким — только немногим тяжелее самых легких сортов дерева. Если бы этот металл не обладал такой же способностью бурно соединяться с водой, какой отлича­ются калий и натрий, из него можно было бы делать спасательные круги для утопающих. Настолько он легок.

Этого третьего близнеца из породы щелочных метал­лов назвали литий.

Скоро и для иода была найдена подходящая «пара». В 1826 году француз Баляр обнаружил в солончаковом болоте, где добывалась соль, неизвестное вещество. По многим своим свойствам оно походило на иод, но это не был иод. Когда новое вещество выделили в чистом виде, оно оказалось тяжелой красной жидкостью с удушли­вым запахом. Этому элементу дали название бром. Кто знаком с фотографией, тот знает, что все фотографиче­ские пластинки, бумага и пленка покрываются теперь соединениями брома с серебром. А соединение брома с натрием продается во всех аптеках как средство от бес­сонницы.

Несколько новых элементов открыл швед Берцелиус, тот самый, который в 1808 году помог Дэви разложить барит и известь.

Ряд новых элементов был обнаружен также среди благородных металлов. Раньше знали только три благо­родных металла — серебро, золото, платину. А в самом начале XIX века удалось найти еще четырех близнецов платины — иридий, осмий, родий и палладий. Этим дело не ограничилось. Пятнадцать лет спустя после смерти Дэви, в 1844 году, профессор Казанского университета Клаус нашел в уральских платиноносных рудах еще один элемент, похожий на платину, который он назвал руте­ний. Это был уже пятьдесят седьмой по счету элемент.

Затем наступило затишье. Больше новых элементов не обнаруживалось нигде.

В те годы, во второй четверти XIX века, стала быстро развиваться промышленность. По Европе и Америке про­тянулись первые железные дороги. На морях появились первые пароходы. И в поисках сырья для промышлен­ности, в поисках руд, угля и других ископаемых люди забирались в отдаленнейшие уголки земли.

Были собраны богатейшие коллекции минералов и горных пород. Тысячи различных веществ прошли через руки химиков на заводах и в лабораториях и были под­вергнуты самому тонкому анализу. Однако новых нераз­ложимых элементов, кроме уже известных пятидесяти семи, не удавалось больше найти.

Может быть, действительно, все существующие на земле элементы к тому времени уже были найдены и искать больше не имело смысла?

Нет, искатели элементов не успокаивались. Они рас­суждали таким образом:

«Нам, по-видимому, удалось пока изучить только те элементы, которые повсюду попадаются в больших коли­чествах и которые легко отделить от других элементов. Но мы знаем, что все известные нам элементы распреде­лены по земному шару очень неравномерно. Железа, на­пример, много во всех частях света, меди — гораздо меньше, серебра — еще меньше, золота — совсем немного. А рутения вообще на всей земле, вероятно, не больше нескольких десятков тонн. Почему же не допустить, что существуют еще более редкие элементы, рассеянные кое-где лишь ничтожными горсточками или крупицами? Надо попытаться их выследить».

Поиски продолжались, но безуспешно. В Австралии и Гренландии, под Парижем и на вулкане Везувий находи­ли самые различные горные породы, но все они состо­яли только из хорошо знакомых элементов. А новых элементов никто не находил.

Между тем теперь как будто было гораздо легче оты­скивать новые вещества, чем во времена Шееле и Ла­вуазье.

Искусство химического анализа совершенствовалось с каждым годом. Химики научились не только опреде­лять, какие именно элементы содержатся в том или ином камне или глине. Они могли и с большой точностью ука­зать, сколько содержится в этом веществе одного эле­мента и сколько другого.

С одним граммом вещества опытный химик проделы­вал десятки операций и превращений. Вещество раство­ряли. Выпаривали. Промывали. Фильтровали. Прокалива­ли. Обрабатывали кислотами и щелочами. Жгли на огне. Охлаждали во льду. Размалывали в ступке. И ни одной крупинки вещества при этом не теряли.

Были созданы сложные аналитические весы, настолько чувствительные, что на них можно было взвесить пы­линку вещества, в тысячу раз более легкую, чем гирька весом в один грамм.

Тонко, необыкновенно тонко научились люди рабо­тать в лабораториях.

И все-таки новых элементов ни один химик больше не мог найти.

Наконец на помощь химии снова пришла физика, как это уже было однажды, когда открытие физика Вольта помогло химику Дэви.

Тогда новые химические элементы были найдены бла­годаря электричеству.

На этот раз, полстолетия спустя, открыть новые эле­менты помог химикам свет.

Два друга, химик Роберт Бунзен и физик Густав Кирх­гоф, объединили свои знания и свое искусство и совер­шили поистине замечательные открытия.

  1. РОБЕРТ БУНЗЕН И ГУСТАВ КИРХГОФ

На долю Роберта-Вильгельма Бунзена выпала жизнь ровная и размеренная, как ход старинных добротных часов. Бунзен никогда не знал нужды и бедности, а к богатству он не стремился. Его не увлекали ни слава, ни искусство. Он знал свою науку и ничего больше.

Он не был самоучкой, подобно Шееле или Дэви. Ро­дители Бунзена позаботились о том, чтобы дать своему сыну отличное образование, и вся обстановка, которая окружала его в детстве и в молодости, толкала к науч­ным занятиям.

Немецкий город Геттинген, в котором он родился, славился на весь мир своим университетом. Городок этот жил наукой, кормился благодаря науке, как портовый город кормится за счет моря, а курортный — за счет больных. Отец Роберта Бунэена был профессором Гет­тингенского университета. Мудрено ли, что и талантли­вый сын почтенного профессора со временем тоже стал ученым!

В 1828 году, семнадцати лет от роду, Роберт окончил гимназию и тотчас же поступил в университет. Три го­да спустя он стал доктором наук. Затем он отправился путешествовать по Европе.

Полтора года Бунзен трясся в экипажах и ходил пеш­ком из города в город, из страны в страну. Он посещал металлургические, химические, сахарные и всякие другие заводы. Опускался в угольные шахты и поднимался на снежные горы. Знакомился с знаменитыми химиками Гер­мании, Франции, Швейцарии и Австрии. Во Франции, в Сент-Этьене, впервые в своей жизни Бунзен увидел за­бавную новинку — паровую железную дорогу, по кото­рой люди ездили без лошадей.

Вернувшись в родной Геттинген, юный доктор без долгих рассуждений пустился по проторенной профес­сорской дорожке: он поступил в университет приват-до­центом (помощником профессора) и стал преподавать химию.

Это было в 1834 году. С тех пор у него на всю жизнь установился режим: лекции, лаборатория, и опять лекции, и снова лаборатория.

В двадцать пять лет он проводил свои дни так же, как в пятьдесят лет, а в пятьдесят — так же, как и в семьдесят. Утром, чуть свет, он садился к столу — писать, делать вычисления, проверять результаты своих работ. Затем отправлялся читать лекции. Оттуда шел работать в лабораторию — до обеда. После обеда отправлялся на прогулку с кем-нибудь из приятелей и затем опять шел в лабораторию.

Все же бывали изредка происшествия, которые на время выбивали Бунзена из колеи.

Это не были тяжелые болезни, потому что Бунзен до глубокой старости ничем не хворал.

Это не были любовные переживания, так как он ни в кого не влюблялся.

Это не были семейные несчастья, потому что он жил одиноким холостяком, и не политические события, ибо он сторонился политики и избегал общественной жи­зни.

Взрывы и отравления, которые почти неизбежно сопровождают работу каждого бесстрашного химика, были единственными происшествиями в жизни Бунзена.

Впервые Бунзен прославился как выдающийся уче­ный своей работой над сложным химическим веществом, «какодилом». И во время этих первых опытов у него в лаборатории произошел взрыв, при котором он потерял глаз и чуть ли не насмерть отравился ядовитыми парами.

Бунзен был замечательным мастером химического анализа. Он непрестанно придумывал все новые и но­вые остроумные способы, как быстрее и точнее узнавать состав различных веществ. И к нему со всех концов ми­ра съезжались молодые химики и студенты, чтобы на­учиться этому тонкому искусству.

Одним анализом, однако, не исчерпывалась его науч­ная работа. Он сделал много крупных открытий и изоб­рел немало ценнейших приборов. Но, как говорил один из друзей Бунзена, самым большим его открытием было «открытие» Густава Кирхгофа.

Бунзен «открыл» Кирхгофа, то есть познакомился с ним, в Бреслау, куда Бунзен в 1851 году был приглашен работать в качестве профессора химии. И они сразу же сделались друзьями.

Кирхгоф жил почти такой же размеренной и спокой­ной «профессорской» жизнью, как и Бунзен.

Талантом Кирхгоф тоже не уступал Бунзену, только его призванием была не химия, а физика и математика.

С виду же они походили друг на друга, как день на ночь.

Когда оба приятеля прогуливались по улицам Брес­лау, прохожие всегда удивленно смотрели им вслед. Уж очень это была «неравная» пара!

Представьте себе громадного широкоплечего мужчину с сигарой во рту. Высокий цилиндр на его голове чуть ли не заглядывал в окна второго этажа. Это был Бунзен. А рядом с ним шагал маленький хрупкий человек, ожив­ленно машущий руками. Это был Кирхгоф.

Бунзен был немногословен, а Кирхгоф любил пого­ворить. В молодости он так много болтал, что его мате­ри приходилось то и дело напоминать:

— Юльхен, помолчи… Помолчи немного, Юльхен.

«Юлией» она прозвала его потому, что он был тонок и нежен, как девушка.

Кирхгоф понимал толк в изящной литературе, любил декламировать и одно время сильно увлекался театром. Это не мешало ему от всей души привязаться к Бунзену, который знать ничего не хотел, кроме своей науки, и которого невозможно было вытащить из его неуютной холостяцкой квартиры в какое бы то ни было место, где люди собирались для развлечений.

Через год-полтора после своего первого знакомства им пришлось разлучиться. Бунзену предложили перейти Е один из лучших и старейших университетов Герма­нии — в Гейдельберг. Он поехал, но очень скучал там по Кирхгофу. А Кирхгоф скучал по Бунзену. Кончилось тем, что Бунзен постарался и своего друга перевести в Гей­дельбергский университет.

Теперь оба ученых были уже неразлучны всю жизнь. Почти ежедневно они совершали длинные прогулки по холмистым окрестностям Гейдельберга, вдвоем или еще с кем-нибудь из местных профессоров. Во время этих прогулок Кирхгоф и Бунзен подробно рассказыва­ли друг другу о своих экспериментах и научных ра­ботах.

Вскоре им представился случай и поработать вместе, рука об руку, над одним общим делом.

  1. ЦВЕТ ОГНЯ

В 1854 году в Гейдсльберге построили газовый завод и в лабораторию Бунзена провели газ. Надо было обза­водиться газовыми горелками. Бунзен испробовал горел­ки разных конструкций, но ни одна из них его не удов­летворяла. И он изобрел сам новую замечательную го­релку.

Горелка Бунзена не коптила, и ее можно было регу­лировать как угодно. Она могла давать то очень жаркое, чистое и бесцветное пламя, то менее жаркое, но зато большее по размеру. Можно было по желанию остав­лять совсем маленький язычок огня, и все равно он не потухал.

Этой удивительно простой и удобной горелкой еще по сей день пользуются во всех лабораториях мира. Она так и называется — бунзеновская горелка.

Бунзен очень любил возиться с огнем. Он был боль­шой мастер выдувать из раскаленного стекла различные химические приборы и иногда часами сидел у стола с кузнечными мехами, раздувая паяльный огонь. Его огромные руки ловко вертели стекло в пылающем пламе­ни. С увлечением он дул в огненную стеклянную массу, придавая ей самые причудливые формы. Он впаивал в нее металл, припаивал одну трубку к другой, один при­бор к другому и, не задумываясь, хватался за размяг­ченное стекло голыми руками, как будто они были не из кожи и мяса, как у всех людей, а из жароупорной стали.

— Сейчас запахнет жареным, — говорили студенты, когда профессор садился к паяльной трубке.

И в самом деле, часто у Бунзена буквально начинали дымиться пальцы, а он, как ни в чем не бывало, не вы­пускал из рук раскаленного стекла. Только когда ему становилось уже невынрсимо больно, он остужал обож­женные пальцы особенным, бунзеновским способом: бы­стро подносил их к правому уху и крепко зажимал ими мочку.

Его «огнеупорные» руки славились по Есему универ­ситету.

Когда Бунзен паял и выдувал стекло, он не мог не заметить, как то и дело меняется цвет пламени. Особенно это стало ему бросаться в глаза тогда, когда он начал пользоваться своей газовой горелкой.

Обыкновенно она давала чуть заметное синеватое го­рячее пламя. Но стоило только внести в это бесцветное пламя стеклянную трубку, как оно становилось желтова­тым.

Если пламя проскакивало вовнутрь и медь горелки раскалялась, пламя окрашивалось в зеленый цвет. А от кусочка соли калия оно становилось розовато-лиловым.

Бунзен как-то попробовал вводить в пламя на пла­тиновой проволоке самые различные вещества. И что же? Бесцветное газовое пламя окрашивалось в самые нарядные цвета, как при иллюминации.

Крупинка стронциевой соли давала яркий малиновый огонь.

Кальций — кирпично-красный.

Барий — зеленый.

Натрий — ярко-желтый.

И так далее.

Бунзен знал, что некоторые химики давно уже пыта­лись по цвету пламени узнавать состав веществ. Это не очень удавалось, потому что у них были только спиртов­ки, а спиртовое пламя имеет свой собственный цвет. В бесцветном же пламени бунзеновской горелки все вы­ступало очень ясно.

«Это очень заманчиво, — подумал Бунзен: — в не­сколько секунд узнавать состав любого вещества!»

Бунзен, как аналитик, хорошо знал, сколько хлопот доставляет обыкновенный химический анализ. Чтобы уз­нать, из каких элементов состоит какое-нибудь вещест­во, нужно возиться с ним часами, а иногда и несколько дней. А тут как будто действительно все было очень просто — внес в пламя горелки крупиночку вещества, и сразу становится известно, из чего оно состоит!

Все это было так, да не совсем так.

Хорошо, если вещество содержало, скажем, один только калий или один только стронций и никаких при­месей. Тогда пламя имело чистый, отчетливый лиловый или малиновый цвет. А если в состав исследуемого ве­щества входило несколько различных элементов, как это почти всегда и бывает? Тогда даже в чистом пламени бунзеновской горелки трудно было что-нибудь разоб­рать. Один цвет забивал другой!

Бунзен пытался применять различные ухищрения, что­бы разглядеть каждый цвет в отдельности.

Он пробовал смотреть на пламя сквозь синие стекла. Так удавалось ему иногда различить в пламени лило­вый цвет калия или красный цвет лития, хотя невоору­женному глазу оно и казалось окрашенным только в гу­сто-желтый цвет натрия. Сквозь синее стекло желтого не видно, и поэтому лиловый выступал отчетливо. Но все это было ненадежно, и определить таким путем состав вещества удавалось в -одном случае из ста.

Во время одной из прогулок Бунзен рассказал о сво­их опытах Кирхгофу.

— Как физик, я поступил бы на твоем месте по-дру­гому,— сказал Кирхгоф. — По-моему, надо смотреть не прямо на пламя, а на его спектр. Тогда все цвета будут выступать гораздо явственнее.

Бунзену эта идея понравилась. И они решили, не от­кладывая, взяться вдвоем за ее осуществление.

Разговор об этом происходил ранней осенью 1859 года. Он имел для науки исключительно важные последствия. Но, прежде чем рассказать о них, нам надо познакомиться с тем, что такое спектр.

Для этого придется вернуться далеко назад, к «делам давно минувших дней».

  1. ЗАЧЕМ ИСААК НЬЮТОН ЛОВИЛ ЗАЙЧИКОВ

Шел 1666 год. В тихом английском городе Кембрид­же молодой ученый Исаак Ньютон несколько дней под­ряд предавался очень странному занятию.

Он ловил солнечных зайчиков.

Ньютон просиживал долгие часы один в темной ком­нате, что-то там ощупью прилаживал, возился, бормотал про себя. Может быть, он просто спасался от жары и искал в темноте прохлады? Вряд ли! Он тщательно зана­вешивал все щели, и в комнате было душно, как в теп­лице. На голове у него был тяжелый парик, по моде то­го времени. Пот лил с него градом, а на улице дул све­жий ветерок. Чего же ради он сидел в этой духоте?

Он ловил на лист бумаги солнечных зайчиков…

Окна он закрыл плотными ставнями и в одном из ставней проделал маленькую круглую дырку, величиной с крупную горошину. Через это отверстие врывался в черный мрак узкий пучок солнечных лучей. Ньютон тихо шагал по комнате, подставляя под лучи ладонь, бумагу или пропуская их дальше, до самой стенки. Яркий свет­лый зайчик прыгал с ладони на стенку, со стены на бу­магу, с бумаги на черный Ньютонов кафтан.

Неужели ученому юноше могла доставлять удоволь­ствие эта детская забава?

Разумеется, нет. Ньютон не забавлялся. Он делал серьезное дело. Он производил эксперимент.

В руке у него была треугольная стеклянная призма — обыкновенный кусок стекла с тремя ровными гранями. Время от времени Ньютон вставлял эту стекляшку в пу­чок солнечных лучей.

Как только она становилась на их пути, на стене мгновенно исчезал белый круглый зайчик и вместо него появлялась длинная многоцветная полоса.

«Куда делся белый свет?» в недоумении спросил себя Ньютон, когда он в первый раз заметил это непонятное превращение.

Одной рукой Ньютон держал призму, другой — ловил лучи. Он шевелил пальцами, махал рукой. Пальцы были ярко-красными, желтыми, зелеными, синими, фиолето­выми. А белого света он нигде больше не мог обна­ружить.

Ньютон повторял опыт еще и еще. И всякий раз полу­чалось одно и то ate: до призмы солнечные лучи светились обыкновенным белым светом, а из призмы они вы­ходили окрашенными во все цвета радуги.

Стоило Ньютону убрать призму, и на стене опять на­чинал играть белый зайчик, точная копия дырки в ставне. Но едва он ставил призму на пути лучей, как на стене опять появлялось вытянутое в длину цветное пятно.

Ньютон назвал эту цветную полосу спектром.

Верхний край спектра всегда был красным. Красный цвет незаметно переходил в оранжевый, оранжевый — в желтый, желтый — в зеленый, зеленый — в голубой. В са­мом низу спектр был синий и фиолетовый.

Ньютон долго ломал себе голову, пытаясь понять, от­чего получается спектр. Чуть солнце появлялось на небе, он закрывал ставни и принимался ловить разноцветные лучи. Лишь к вечеру он выходил из своего добровольно­го заключения, жмурясь от света, а в глазах у него все еще прыгали великолепные цветистые спектры.

Он думал о них постоянно, день и ночь. И в конце концов разобрался во всем.

Свет, который излучает солнце, вовсе не белый свет, решил Ньютон, он только кажется нам белым. На самом деле с неба льется поток ярчайших разноцветных лучей. Когда они идут все вместе, наш глаз их не различает в отдельности и воспринимает как белый свет. Но когда эта смесь лучей проходит через призму, то призма разбрасывает их в стороны, и мы видим каждый цвет в, отдельности.

Каждый луч дает маленький круглый зайчик, точную копию отверстия в ставне. Красный зайчик стоит навер­ху, потому что красные лучи меньше всего отклоняются призмой. Л фиолетовый становится в самом низу, потому что призма отбрасывает фиолетовые лучи в сторону дальше всех. Между красный и фиолетовым располага­ются все остальные.

Один цветной зайчик прилегает краями к другому. И так вместо круглого белого изображения дырки в ставке получается на стене растянутая разноцветная полоса — спектр.

Объяснение Ньютона с первого взгляда может пока­заться очень странным.

Трудно представить себе, что белый свет на самом деле не белый и что по небу над нашими головами хо­дит не яркое белое солнце, а какое-то удивительное светило, которое в одно и то же время, красное, желтое, зеленое и фиоле­товое.

Исаак Ньютон

Исаак Ньютон

И все-таки это странное утверждение правильно. Вспомните только, как перели­ваются на солнце различными цветами прозрачные капельки росы или дождя!

Ньютон проделал в своей темной комнате не один десяток опы­тов, прежде чем ре­шился объявить белый свет солнца смесью лу­чей. И он доказал это так наглядно, что возражать ему было трудно.

Ньютон не только разложил белый смешанный свет на его составные цвета. Он сделал и противоположное: отдельные цветные лучи собрал другой призмой снова вместе, так что они опять стали казаться белыми.

Опыт Ньютона...

Опыт Ньютона…

И он придумал такой опыт: деревянный круг, разри­сованный во все цвета солнечного спектра, он принимал­ся быстро вращать на оси; и вертящийся круг казался почти белым.

А на самом деле круг был весь пестрый, без единого белого пятнышка.

  1. ЛИНИИ ФРАУНГОФЕРА

— Но при чем тут, собственно говоря, солнце? — спросит читатель. — Разговор шел о пламени бунзенов­ской горелки и об анализе химических веществ. Почему же вдруг вспомнили о солнце и его спектре?

Сейчас вы все узнаете.

Что сделал Ньютон?

Он обнаружил в своей темной комнате, что солнечный свет неоднороден, что этот свет состоит из лучей самих разнообразнейших цветов и что все эти лучи по-разному отклоняются призмой от их прямого пути.

Ну, а всякий другой свет — не солнечный, а искус­ственный— тоже неоднороден? Например, свет спирто­вой горелки или свечи — он тоже состоит из лучей раз­личных цветов?

Да, свет искусственных светильников тоже можно разложить на отдельные цвета.

В 1814 году искусный немецкий оптик Фраунгофер изучал спектры разных ламп и все старался найти такой источник света, который давал бы только однородные лучи. Ему нужен был одноцветный свет, чтобы прове­рять с его помощью качество прекрасных увеличительных стекол, которые он изготовлял для оптических приборов.

Чистого, одноцветного пламени Фраунгоферу полу­чить не удалось, но зато он обнаружил другие любо­пытные вещи.

Фраунгофер тоже забирался в темную комнату, как Ньютон, но свет снаружи впускал не через круглое от­верстие, а через очень узенькую щель в окне или в две­ри. Лампу он ставил снаружи перед самой щелью, а за призмой устанавливал зрительную трубу и в нее ловил спектр.

Труба была у него сильная, а призма — из особого стекла, которое широко разбрасывало разноцветные лучи в стороны. Поэтому спектр у него получался длинный, чистый, резкий. Этакая растянутая пестрая полоса!

Первый раз Фраунгофер поставил перед щелью мас­ляную лампу. Заглянув в трубу, он увидел, что на раз­ноцветной ленте спектра выступают рядышком две очень яркие желтые линии величиной как раз с щель.

Он покрутил линзу в трубе, посмотрел еще раз-дру­гой: стоят желтые линии на месте. Фраунгофер понял, что это означает: среди всех лучей, какие исходят из лампы, есть два каких-то особенно ярких, и поэтому они не расплываются среди других, а дают резкие, отдель­ные изображения щели.

Когда Фраунгофер вместо масляной лампы поставил перед щелью спиртовую, желтые линии опять появились в поле зрения трубы.

Поставил свечу — снова желтые линии выступают вперед. И всегда они были на одном и том же месте, ес­ли, конечно, труба и призма не сдвигались с места и длина спектра не изменялась.

Фраунгофер принялся искать обе желтые линии и в солнечном спектре. Но здесь их не было. Зато он обна­ружил другое: вся длинная яркая, разноцветная полоса солнечного спектра была пересечена множеством темных линий.

Фраунгофер насчитал их больше пятисот. И каждая из всех этих темных тонких черточек, величиной с щель, всегда стояла на одном и том же месте. Одни были чуть потемнее, другие посветлее, а некоторые виднелись осо­бенно четко и казались на светлом фоне спектра совер­шенно черными. Эти наиболее заметные темные линии он обозначил буквами латинского алфавита — А, В, С, D и так далее.

Фраунгофер демонстрирует свой прибор для изучения спектра

Фраунгофер демонстрирует свой прибор для изучения спектра

«Что за чудо? — думал Фраунгофер, разглядывая тем­ные полоски. — Словно нехватает каких-то цветов в сол­нечном свете!»

Стал он внимательнее приглядываться к темным ли­ниям и еще больше удивился: самая темная двойная ли­ния D находилась как раз на том месте, где до этого виднелись в спектре свечи и лампы яркие желтые линии.

Днем пустит он в щель свет солнца, и на определен­ном месте в цветной полосе спектра становятся черные линии…

Вечером поставит у щели лампу или свечу, и в том же месте спектра находит яркую двойную желтую ли­нию. И обе пары совершенно точно совпадали.

Иначе говоря, те лучи, которые ярче всего светят в искусственных светильниках, их-то как раз не оказыва­лось в солнечном свете.

Странное, необъяснимое явление!

После Фраунгофера многие ученые изучали спектры различных источников света. Через призму пропускали свет стеариновых свечей, электрической искры, вольтовой дуги. И почти всегда в их спектре обнаруживали яркую желтую линию, а часто и другие яркие линии.

А в солнечном спектре находили еще и еще новые темные линии, «фраунгоферовы линии», как их стали на­зывать. Однако никто не мог объяснить, что именно вы­зывает появление светлых линий в спектре лампы и электрической дуги и отчего в спектре солнца находятся темные линии. Некоторые ученые уже совсем были близ­ки к разгадке, но раскрыть тайну до конца все-таки не сумели.

Это сделали Кирхгоф и Бунзен.

  1. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ

Друзья начали с того, что сами соорудили спектро­скоп, прибор для наблюдения спектров.

В один прекрасный день к Бунзену в лабораторию явился Кирхгоф с ящиком из-под сигар и с двумя стары­ми подзорными трубами, отслужившими свою службу. Из этих нехитрых приспособлений они соорудили спек­троскоп.

Свет пропускался в него через узкую щелку, проре­занную с одного края подзорной трубы (эта труба с щелью называется коллиматор). Нетрудно догадаться, что коллиматор служил для той же цели, что и ставень с отверстием в темной комнате Ньютона.

Из коллиматора лучи падали на призму, накрытую ящиком из-под сигар. Чтобы извне свет туда не попадал, Кирхгоф оклеил ящик изнутри черной бумагой.

Призма отклоняла в сторону лучи, которые шли из щели. Получался спектр. Этот спектр Кирхгоф и Бунзен наблюдали через вторую зрительную трубу, так, как де­лал в свое время Фраунгофер.

Конечно, над устройством спектроскопа больше все­го работал Кирхгоф как физик. Но Бунзен тоже не те­рял времени: он готовил чистейшие вещества для того, чтобы исследовать их в пламени. Много раз растворял он различные соли, выделял из растворов кристаллы, фильтровал их, про­мывал и опять рас­творял, покуда не получал необычайно чистые вещества.

В сущности, это было кропотливое и неинтересное занятие. Но Бунзен еще с мо­лодых лет научился терпению и упорству в научных занятиях. Оба приятеля работали очень точно и продуманно. И это сразу же дало плоды.

Первый спектроскоп Кирхгофа

Первый спектроскоп Кирхгофа

Для проверки прибора Кирхгоф сначала направил в щель с помощью зеркал яркий пучок солнечных лучей. Он посмотрел в зрительную трубу и восхитился: внутри играл великолепный многоцветный спектр, весь изрезан­ный черными фраунгоферовыми линиями.

После этого Кирхгоф завесил окно шторой и поста­вил у щели коллиматора зажженную горелку Бунзена.

Теперь в спектроскопе было черно. Только еле-еле за­метное свечение различал Кирхгоф, заглядывая в зри­тельную трубу.

Горелка Бунзена стояла вплотную около щели кол­лиматора и давала жаркое пламя, более горячее, чем расплавленная сталь. И однако свет этого пламени почти не давал спектра, настолько он был бледен и бесцветен.

Картина резко изменилась, когда Бунзен стал вводить в пламя горелки кусочки различных веществ. Прежде всего он взял чистую поваренную соль, которую химики называют хлористым натрием, так как она состоит из хлора и натрия. Бунзен захватил на чистую платиновую проволоку кусочек этой соли и вставил ее в пламя. Тот­час же пламя стало ярко-желтым. Кирхгоф припал гла­зом к зрительной трубе.

— Я вижу рядом две желтые линии, — сказал он,— больше ничего нет. Темный фон, и на этом фоне две жел­тые щёлки.

Такие же точно желтые линии получались и от дру­гих соединений натрия. Бунзен по очереди вводил в пламя углекислый натрий, который иначе называется со­дой, сернокислый натрий, азотнокислый натрий, который называется также селитрой, и многие другие соли натрия. Все они давали один и тот же спектр: двойную яр­кую желтую линию на черном фоне, и эта линия всегда становилась на одно место.

Итак, все было совершенно ясно: от сильного жара натриевая соль мгновенно разлагалась, натрий превра­щался в раскаленные пары, и они-то светились желтым светом неизменного оттенка.

Пламя снова стало бесцветным, как только натриевая соль полностью улетучилась. Тогда Бунзен хорошо про­мыл и прокалил платиновую проволоку, зацепил ею не­сколько крупинок соли калия и вставил в пламя.

Пламя окрасилось в нежно-лиловый цвет. Снова Кирх­гоф припал к трубе.

Несколько секунд длилось молчание.

— Что там видно, Густав? — спросил Бунзен.

— Я вижу на черном фоне одну фиолетовую линию и одну красную, а между ними почти сплошной спектр, без отдельных ярких линий.

Все соли лития давали по одной яркой красной линии и менее заметной оранжевой линии.

В спектре солей стронция бросалась в глаза одна яркая голубая линия и несколько тёмно-красных.

И так у каждого элемента. Раскаленные пары каждого элемента, оказывалось, давали лучи строго определенного цвета, и призма отклоняла эти лучи на строго определен­ное место.

Кирхгоф и Бунзен с радостью рассматривали в спек­троскопе эти красивые цветные линии. Бунзен приспосо­бил специальную стойку, которая сама держала платино­вую проволоку в пламени. Теперь ему не нужно было сидеть все время у щели, и он мог смотреть в спектро­скоп вместе с Кирхгофом.

В конце концов у них стало уже рябить в глазах. Но Кирхгофу не хотелось уходить.

— Надо зарисовать все это, — говорил он. — Мы дол­жны зафиксировать все спектры на бумаге, чтобы в даль­нейшем у нас были образцы для сравнения.

— Погоди, — удерживал его Бунзен. — Мы ведь еще не знаем самого главного: каков будет спектр пламени, если в него внести сразу несколько различных солей, скажем, соли натрия, калия и лития.

Было решено немедленно провести хотя бы один опыт со смесью, а уж затем устроить перерыв. Обоим не тер­пелось узнать, можно определить по спектру состав вещества, в которое входит много разных элементов, или нет.

Наступала решительная минута. Кирхгоф ходил по комнате взад и вперед, растирая усталые глаза руками. Бунзен, невозмутимый, как всегда, тщательно и долго смешивал несколько солей. Наконец он зачерпнул про­волочкой несколько крупинок смеси и всунул в пламя. Пламя окрасилось в ярко-желтый цвет: это натрий заби­вал все другие вещества.

А что показывал спектроскоп?

Кирхгоф долго смотрел в трубу. Было тихо. В пла­мени потрескивали соли. У Бунзена чуть-чуть дрожала рука, в которой он держал проволочку.

— Я могу сказать, какие соли ты намешал, — прого­ворил наконец Кирхгоф: — в смеси есть натрий, калий, литий и еще стронций.

— Правильно! — воскликнул Бунзен.

Он закрепил проволочку в стойке и бросился к трубе спектроскопа. Вот что он там увидел.

Все яркие линии сияли отдельно, каждая на своем месте. Яснее всех выступала двойная желтая линия натрия. Но и фиолетовая линия калия, и красная лития, и голубая стронция — все отчетливо светились в разных частях широкой разноцветной полосы спектра.

Подобно тому как удается в густой толпе разыскать человека по его голосу, так можно было обнаружить каждый элемент из смеси по световому лучу, который давали его раскаленные пары. Призма отбрасывала лучи, испускаемые разными элементами, на различные места, и ни один цвет поэтому не мог замаскировать другой.

Кирхгоф и Бунзен могли поздравить друг друга с победой. Цель, которую они себе поставили, была достиг­нута: они открыли новый способ химического исследо­вания веществ — спектральный анализ.

  1. ПОИСКИ ДНЕМ С ОГНЕМ

Шли дни. Тихая золотистая осень разукрасила сады Гейдельберга. Лесистые холмы, окружающие город, свер­кали всеми цветами красно-желтой части спектра. Воздух был прозрачен, чист, чуть прохладен. Но Бунзен и Кирх­гоф теперь не могли себе позволить длинных прогулок. Они сидели в лаборатории и работали, работали с жа­ром, с упоением.

Волшебный инструмент оказался в их руках. Легко и просто, как в сказке, он раскрывал тайны мира. И оба друга безустали пользовались этим инструментом, радуясь все новым и новым открытиям.

Спектроскоп оказался таким тонким, таким чувстви­тельным аппаратом, что по сравнению с ним даже самые сложные и точные весы, на которых можно было взве­сить крошечную песчинку, выглядели топорными и гру­быми.

Знаете ли вы, сколько натрия должно попасть в пламя бунзеновской горелки, чтобы в спектроскопе появилась двойная желтая линия?

Вы думаете, грамм, полграмма, сотая доля грамма или, может быть, тысячная доля грамма, то есть милли­грамм?

Нет! Кусочка натрия или натриевой соли, который весит в три миллиона раза меньше, чем миллиграмм, до­статочно, чтобы пламя горелки пустило желтый луч в щель спектроскопа.

Представляете ли вы себе, что значит одна трех­миллионная часть миллиграмма?

Если растворить в стакане дистиллированной воды щепотку поваренной соли весом в один грамм, этот рас­твор потом разбавить в четырехведерном бочонке, на­полненном доверху чистой водой, затем зачерпнуть от­туда стакан воды, перелить в сорокаведерную бочку с чистой водой, хорошенько размешать и из этой бочки взять, наконец, одну только капельку, тогда в этой ка­пельке как раз будет всего-навсего одна трехмиллионная часть миллиграмма натриевой соли.

И такое невероятно малое количество натрия может быть обнаружено спектроскопом.

Надо ли удивляться тому, что Фраунгофер, а за ним и другие ученые находили желтую линию в спектре лю­бой лампы или любой свечи? Это натрий давал там жел­тую линию! Уж миллионные-то доли миллиграмма пова­ренной соли наверняка отыщутся и в ламповом фитиле, и в свечном сале, да и где угодно.

Натрий проникал в пламя отовсюду. Прикоснется Бунзен пальцем на секунду к чистейшей платиновой про­волоке — готово: уже на платину незаметно перешла соль. Человек всегда выделяет через кожу пот, а пот со­леный. Когда Бунзен вводил проволоку в пламя, в спек­тре появлялась желтая линия.

Достаточно было хлопнуть запыленной книгой неда­леко от зажженной горелки Бунзена, и в бесцветном пла­мени тотчас же проскакивали желтые искры, а спектро­скоп бесстрастно отмечал появление натриевой соли желтой линией.

Откуда же, спрашивается, в книге натрий? Из океана.

Ветры, дующие с моря, захватывают мельчайшие, микроскопические брызги соленой морской воды и зано­сят невидимые частицы натриевой соли на тысячи кило­метров в глубь материка. Эти крошечные крупинки пля­шут в воздухе с пылью и повсюду оседают вместе с ней. Вдуньте пыль в пламя бунзеновской горелки, и спектро­скоп сейчас же доложит: есть натрий!

Бунзен и Кирхгоф обнаружили, что человека окру­жает очень «грязный» мир.

Чуть ли не в каждом веществе, хотя бы и в самом чистом, отыскивались какие-нибудь загрязнения. В иных, казалось, не было и не могло быть никаких посторонних примесей, а спектроскоп разоблачал эти мнимочистые вещества и доказывал:

«Примеси есть. Хоть и слабые, может быть в тысяч­ную или в миллионную долю грамма или даже того меньше, но все же примеси есть».

Как собака-ищейка по едва уловимому запаху чует следы притаившегося преступника, так спектроскоп об­наруживал в самых ‘Неожиданных местах малейшие сле­ды различных веществ. Яркие линии спектра, как бы говорили обоим ученым:

— Вот тут есть натрий. А в этом веществе находятся калий, стронций, барий, магний и еще много элементов, которых вы здесь вовсе не ожидали.

Однажды, когда Кирхгоф явился утром в лаборато­рию, Бунзен удивил его таким заявлением:

— Знаешь, где я нашел литий? В золе табака.

До того дня литий, этот легчайший металл, который сродни натрию и калию, считался одним из самых ред­ких элементов в мире. Его обнаруживали только в трех-четырех минералах, которые изредка находили в немно­гих местах земного шара.

И вдруг литий нашелся в обыкновенном табаке! Его выследил там спектроскоп.

И не в одном только табаке! Теперь не проходило дня, чтобы Бунзен и Кирхгоф не обнаруживали этот эле­мент в каком-нибудь новом месте.

В обыкновенном граните был обнаружен литий. В со­леной воде Атлантического океана, и в речной воде, и в чистейшей воде из родника — всюду был литий. Его нашли в чае, в молоке, в винограде, в человеческой кро­ви и в мышцах животных. Даже в метеоритах, залетев­ших к нам на землю из космического пространства, и в них был найден литий.

Вооруженные спектроскопом, Бунзен и Кирхгоф в продолжение нескольких недель «охотились» за элемен­тами. Сначала им очень нравилось раскрывать целый по­тайной склад различных элементов в любом камне или химическом реактиве. Но скоро эта охота стала терять для них свою прелесть. Им захотелось большего: они мечтали теперь об открытии новых, неведомых еще ни­кому элементов.

В самом деле, где-нибудь могли скрываться такие элементы, которые до сих пор ускользали из рук хими­ков из-за того, что они попадаются в природе лишь а очень незначительных количествах. А спектроскоп ловил вещества даже там, где их было в миллион или в мил­лиард раз меньше грамма. Почему же нельзя было допу­стить, что спектроскоп наведет Бунзена и Кирхгофа на след неизвестных элементов? И оба ученых, особенно Бунзен, искали их буквально днем с огнем.

Но в самый разгар поисков произошло вдруг такое удивительное событие, что оба друга на время совер­шенно позабыли про новые элементы.

В этом событии главную роль играли темные линии солнечного спектра — фраунгоферовы линии.

  1. 8. СВЕТ СОЛНЦА И СВЕТ ДРУММОНДА

— Знаешь, Роберт, — сказал однажды Кирхгоф сво­ему коллеге, — я все думаю…

— О новых элементах, — перебил его Бунзен.

— Нет. Представь себе, нет. Я думаю о фраунгоферо­вых линиях. Что бы они означали? Почему яркий сол­нечный спектр весь испещрен этими линиями? Мы с то­бой многое объяснили, а вот происхождение этих тем­ных линий остается непонятным.

— Да, это так. Но меня, по правде сказать, сейчас больше занимают новые элементы.

— Нет, ты подумай, Роберт, почему желтая натрие­вая линия стоит на том же месте, что и черная линия D в солнечном спектре? Я уверен, что это не слу­чайное совпадение. Тут есть какая-то связь.

В ближайший ясный день Кирхгоф стал вни­мательно изучать солнеч­ный спектр. Он уже давно приладил к спек­троскопу шкалу с деле­ниями. Каждая линия спектра теперь видна была всегда над опреде­ленным номером шкалы, и поэтому спутать ее с другой линией было невозможно.

Спектры Солнца и некоторых химических элементов...

Спектры Солнца и некоторых химических элементов…

В щель коллиматора били прямые солнечные лучи. Огромный яркий сплошной спектр развертывался за приз­мой. В нем не было ни единой светлой линии. Цвета широкими полосами равномерно переходили один в дру­гой, и только темные черточки фраунгоферовых линий, как частокол, рассекали яркий фон спектра. Кирхгоф отыскал на шкале номер желтой натриевой линии; разу­меется, в солнечном спектре ее не было, зато на этом самом месте, над тем же номером, красовалась густая темная линия — двойная линия D.

Усовершенствованный спектроскоп Кирхгофа

Усовершенствованный спектроскоп Кирхгофа

Затем Кирхгоф прикрыл солнечный свет, подставил к щели горелку и внес в нее немного натриевой соли. Вме­сто великолепного, пестрого солнечного спектра теперь в трубу видны были две сиротливые желтые щелки.

Тут Кирхгофу пришла в голову интересная мысль.

— Я пущу сейчас в щель еще и солнечные лучи, — решил он. — Пусть одновременно и горелка стоит у кол­лиматора и солнце светит туда же. Любопытно, как один спектр наложится на другой.

Чтобы яркий солнечный свет не затмил совсем нат­риевого пламени, он поставил на пути солнечных лучей матовые стекла. Мягкий, ослабленный свет солнца про­ходил затем через пламя горелки, а уже оттуда, вместе с желтыми лучами раскаленного натрия, — в щель.

Что же показал спектроскоп?

Там виднелся обыкновенный, но неяркий спектр солн­ца. С одной только особенностью: на месте фраунгоферовой линии D ярко сияла линия натрия. Спектр наложился один на другой.

Кирхгоф немного усилил яркость солнечных лучей — линия натрия оставалась на своем месте. Тогда он пустил полный прямой свет солнца в натриевое пламя и оттуда в щель.

Взглянув после этого в спектроскоп, он вскрикнул от удивления: светлая линия натрия неожиданно исчезла и вместо нее появилась жирная черная линия. Хотя пламя горелки, как и раньше, испускало сильный поток желтых лучей, на месте натриевой линии в спектре зияла черная пустота.

Кирхгоф был поражен.

Удивительнее всего было то, что темная линия D вы­ступала теперь с небывалой отчетливостью. Она была гораздо темнее обычного и выделялась гораздо явствен­нее, чем все другие фраунгоферовы линии. А между тем на то самое место, где она находилась, устремлялись из пламени горелки яркие лучи раскаленного натрия, отбро­шенные призмой спектроскопа.

Если бы на фоне сильного солнечного спектра свет­лая линия натрия выглядела бледной, бледнее обычного, Кирхгоф нисколько не удивился бы: ведь пламя горелки светит гораздо слабее солнца. Но то, что натриевая ли­тия совершенно исчезла и превратилась в черную ли­нию D, да еще небывало резкой черноты, это было уже настоящей загадкой.

Кирхгоф оставил прибор и в задумчивости подошел к окну. Какая-то усиленная работа происходила у него в мозгу.

— Кажется, в моих руках ключ к любопытнейшей проблеме, — пробормотал он.

Бунзена в это время не было в лаборатории. Кирхгоф подозвал ассистента и попросил его установить перед спектроскопом аппарат, который дает так называемый «друммондов свет».

Чтобы получить друммондов свет, из двух трубок выпускают одновременно два газа — водород и кисло­род — и поджигают их. Водород сгорает в чистом кис­лороде с большим жаром, и это жаркое пламя направля­ют на стержень из чистой извести. Ударяясь об известь, пламя раскаляет ее добела, так что она начинает излу­чать ослепительный свет.

Получение света по такому способу придумано англи­чанином Друммондом, отсюда и название — друммондов

Раскаленная известь дает не отдельные яркие линии, как светящиеся пары, а сплошной, непрерывный и ров­ный спектр, без всяких ярких линий. Спектр этот похо­дит на солнечный, только у него нет ни одной темной линии.

Для чего же понадобился Кирхгофу друммондов свет?

Этот свет должен был сыграть роль искусственного солнца.

Кирхгоф решил пропустить лучи друммондова света через натриевое пламя и оттуда в спектроскоп. Он хотел проверить, как будут себя вести натриевые желтые линии на фоне непрерывного спектра друммондова света: так же, как на ярком солнечном спектре, или по-другому?

Сначала он направил друммондов свет прямо в щель, минуя желтое натриевое пламя.

В спектроскопе развернулся чистый непрерывный спектр, без единой темной или светлой линии.

Тогда он подвинул пламя горелки, насыщенное солью, наперерез друммондову свету, под самую щель.

И сразу в желтой части спектра друммондова света обозначилась четкая темная двойная линия D.

— Искусственная фраунгоферова линия! — прошептал Кирхгоф. — Вот оно что! Я, кажется, начинаю понимать, в чем дело. Чтобы в спектре получилась темная линия, свет должен пройти через другое светящееся тело, через раскаленные пары. Очевидно, пламя натрия не только испускает желтые лучи, оно также поглощает чужие желтые лучи, лучи того же самого оттенка, но идущие из другого источника света. Оно задерживает их, не про­пускает в щель. Вот почему в спектре друммондова света и зияет на их месте темная линия. Правда, на это место падают еще желтые лучи из самой горелки. Но они слишком слабы по сравнению с сильным светом Друммонда. И поэтому для нашего глаза темный провал в ярком спектре друммондова или солнечного света все равно кажется неосвещенным.

К этому времени в лабораторию явился Бунзен. Он застал своего друга сильно возбужденным. Скороговор­кой, немного суетясь и повторяясь, Кирхгоф принялся рассказывать о своем открытии. Он снова проделал под­ряд все опыты, продемонстрировав перед Бунзеном рож­дение фраунгоферовых линий.

— Я их сам делаю! — говорил он. — Фраунгоферовы темные линии изготовляются в лаборатории по желанию господина экспериментатора! Вот как!

  1. ХИМИЯ СОЛНЦА

В эту ночь Кирхгоф долго не мог уснуть. Он думал, думал, и чем больше он думал, тем приходил все в боль­шее волнение и тем меньше ему хотелось спать.

Утром, осунувшийся и бледный, он пришел к Бунзену в университет, как только тот кончил свою лекцию.

— Роберт, — начал он не здороваясь, — я продумал вчерашнее открытие. Оно заставляет меня сделать необы­чайные выводы, просто дерзкие выводы, я едва верю самому себе…

— Что такое? — удивился Бунзен. — В чем дело?

— На солнце есть натрий!

— На солнце натрий? Что ты хочешь этим сказать?

— Я хочу сказать, что наш спектральный анализ мож­но применить не только для исследования земных ве­ществ, но и для изучения небесных светил. На земле мы узнаем об элементах по ярким линиям спектра, а об эле­ментах, которые имеются на солнце, можно судить по темным фраунгоферовым линиям.

Это была поистине дерзкая, гениально дерзкая идея: анализировать солнце и звезды, как какой-нибудь мине­рал или кусок глины!

Вот как рассуждал Кирхгоф.

Солнце состоит из плотного сверхгорячего ядра, ко­торое окружено разреженной атмосферой раскаленных газов. Свет, падающий с солнца к нам на землю, исходит с поверхности его плотного ядра. В этом свете имеются лучи всех цветов, тысячи оттенков. Если бы он доходил до нас прямым путем, если бы ему не пришлось прони­зывать сначала раскаленную солнечную атмосферу, то все лучи достигали бы земли полностью и солнечный спектр был бы чистым и непрерывным, как спектр друммондова света.

Но на самом деле солнечный свет сначала проходит через раскаленные газы атмосферы солнца. Эти газы то­же светятся, но гораздо слабее, чем горячее плотное яд­ро солнца. И солнечная атмосфера поэтому ведет себя так же, как натриевое пламя в опыте Кирхгофа: она по­глощает, задерживает часть солнечных лучей.

Густав Кирхгоф

Густав Кирхгоф

Какие же лучи задерживаются? Да те самые, которы­ми светят элементы, имеющиеся в солнечной атмосфере.

Когда свет вырывается из солнечной атмосферы даль­ше в мировое пространство, он уже обеднен, разжижен. Многих лучей в нем недостает. И на земле, попадая в спектроскоп, он дает поэтому не сплошной яркий спектр, а цветную полосу, перегороженную темными фраунгоферовыми линиями.

Темная линия D стоит там, где видна обычно светлая желтая линия натрия. Значит, уверял Кирхгоф, в атмо­сфере солнца носятся раскаленные пары натрия.

Но, может быть, темная линия D просто случайно совпала с желтой линией натрия?

Допустим, хотя опыт с друммондовым светом говорит о том, что здесь случайности не может быть.

Допустим, но как мы тогда объясним совпадение ли­ний железа?

Кирхгоф и Бунзен получили с помощью электриче­ского тока светящиеся раскаленные пары железа и зари­совали их спектр. В нем они насчитали шестьдесят раз­личных цветных ярких линий. Сверили этот спектр с солнечным, и что же? Каждой светлой линии железа со­ответствовала темная линия той же ширины и резкости в солнечном спектре.

Неужели же и эти шестьдесят линий случайно совпа­дали?

Конечно, нет.

Эти линии неизбежно должны были совпасть: в атмо­сфере солнца находится железо в виде раскаленных па­ров, и они задерживают все лучи, которые обычно сами же испускают пары раскаленного железа.

Кроме натрия и железа, Кирхгоф подобным же обра­зом обнаружил на солнце еще около тридцати разных элементов.

Там нашлись и медь, и свинец, и олово, и водород, и калий, и многие другие земные вещества.

Оба ученых друга искали способ легко анализировать химические вещества на земле, а нашли способ анализи­ровать солнце!

Первое сообщение о своем открытии Кирхгоф послал в Берлинскую Академию наук 20 октября 1859 года. Вслед за ним полетело вдогонку новое сообщение: в нем Кирхгоф уже с помощью математических выкладок дока­зывал, что раскаленный газ действительно должен по­глощать те Именно лучи, которые он сам испускает. Та­ким образом Кирхгоф подкреплял практику теорией.

Одновременно он настойчиво продолжал дальнейшие опыты и исследования. Все они подтверждали одно и то же: на солнце находятся самые обыкновенные вещества, такие же, какие существуют и у нас, на земле.

Весть о новом открытии облетела весь мир.

Имена Кирхгофа и Бунзена повторялись теперь каж­дым грамотным человеком. Подумать только: эти уче­ные, сидя здесь, на земле, сумели раскрыть состав небес­ного светила, удаленного от нас на миллионы километров!

Теперь солнце, а за ним и звезды потеряли для чело­века большую долю своей таинственности.

  1. ЦЕЗИЙ И РУБИДИЙ

В мае 1860 года из гейдельбергского почтамта в ад­рес Берлинской Академии наук был послан очередной пакет. Но на этот раз отправителем был не Кирхгоф, а Бунзен.

Пока Кирхгоф посвящал все свое время пламенной ат­мосфере далекого солнца, его друг не забывал про зем­ные дела. Бунзен продолжал искать новые элементы.

Сотни веществ — минералы, руды, соли, воды, зола растений и мышцы животных — были испробованы им в пламени газовой горелки или в разряде электрической искры. И спектроскоп неутомимо докладывал ему десятки раз в день: есть калий, есть кальций, есть барий, есть натрий, есть литий…

Цветные линии каждого из них Бунзен знал теперь, как свои пять пальцев, как вид из окна своей спальни. Каждую линию он безошибочно узнавал среди десятков других по ее месту в спектре, по ее оттенку и яркости, даже не заглядывая на контрольную шкалу. Закрыв гла­за, он мог мысленно представить себе спектр любого элемента — отчетливо, как на таблице, со всеми нюанса­ми и переходами. Они снились ему и ночью — желтые, красные, голубые, фиолетовые линии на цветном или на черном фоне.

И вот однажды Бунзен обнаружил среди них новые, незнакомые линии.

Это случилось, когда он исследовал минеральную во­ду Дюркгеймских источников. То была обыкновенная ми­неральная вода — соленая, горьковатая. Врачи прописы­вали ее для лечения от различных болезней. К Бунзену же она попала случайно, вместе с десятками других ве­ществ, которые он изучал в ту пору.

Сначала Бунзен упарил ее, сгустил, затем внес каплю жидкости в пламя горелки.

Спектроскоп не сообщил на первых порах ничего осо­бенного:

— Натрий, калий, литий, кальций, стронций.

Но у Бунзена недаром было тонкое чутье аналитика..

«Всех этих веществ в дюркгеймской воде очень мно­го, — рассудил он, — поэтому их линии сверкают слиш­ком ярко. К тому же кальций и стронций дают много разных линий, и если в этой капле есть ничтожное коли­чество неизвестного элемента, то его слабый спектр можно и не различить. Надо удалить отсюда кальций, стронций и литий, чтобы они не мешали».

И он их удалил. В жидкости остались только соли натрия, калия и небольшой остаток лития.

Снова в пламя горелки была внесена капелька. Бунзен посмотрел в спектроскоп, и у него ёкнуло сердце.

Среди знакомых линий калия, натрия и лития скромно приютились две неизвестные голубенькие светящиеся нити.

Боясь ошибиться, Бунзен бросился перелистывать цветные таблицы спектров, зарисованные им самим и Кирхгофом. Нет, ни у одного из элементов не было двой­ной голубой линии в этом месте. Стронций, правда, да­вал голубую линию, но только одну. А здесь определен­но стояли две линии и ни одной из других линий строн­ция не было видно.

Значит, новый элемент?

Каплю за каплей вносил Бунзен в пламя. Голубая пара продолжала твердо стоять на своем месте. И, глядя на нее, Бунзен внезапно вспомнил давным-давно забытую, в далеком детстве прочитанную историю Колумба — о том, как в 1492 году кастильский адмирал отправился на утлой каравелле в неизведанный океан.

Тридцать три дня моряки видели лишь небо да воду, небо да воду. Много раз надежда сменялась страхом и отчаянием, а отчаяние — снова надеждой. И наконец од­нажды ночью в безбрежной пустыне океана Колумб вдруг заметил вдали на западе бледный-бледный огонек.

Этот слабенький, робкий сигнал с неизвестной земли, как он растрогал сурового адмирала! Колумб стоял на носу каравеллы, и слезы умиления текли по его щекам.

Мечтой и пылким своим воображением он силился преодолеть тайну ночи.

Что было там, на неизвестной земле, где мерцал сла­бый свет?

Материк или остров, равнина или горы? Какие чуде­са таились во мраке? Может быть, там были богатые го­рода, населенные людьми невиданной красоты и силы, дома, крытые золотом, мостовые, выложенные из алмазов величиной с дыню? А может быть, там просто расстила­лась безлюдная пустыня, а у берега ютились редкие ла­чуги первобытного человека?

Кто мог тогда сказать, что скрывалось за призрачным огоньком на неведомой земле?

Роберт Бунзен

Роберт Бунзен

И кто мог теперь сказать, какое неведомое вещество скрывалось в капле дюркгеймской воды, сигнализируя двумя чистыми, как небо, голубыми лучами?

Гейдельбергский химик Бунзен мало чем походил на пылкого и чувствительного моряка Колумба. Конечно, его глаза оставались сухи, когда он наблюдал в спектроскоп сигнал неизвестного вещества. Но и он изведал в ту ми­нуту острое счастье исследователя, стоящего на пороге долгожданного открытия.

Новому элементу Бунзен решил дать название цезий что по-латыни значит небесно-голубой.

След цезия был верный. Оставалось теперь идти по следу и добраться до самого Голубого вещества.

Его надо было извлечь из смеси.

Выделить в чистом виде.

И посмотреть, что оно собой представляет.

Но это было совсем не легко. Новый элемент вхо­дил в состав дюркгеймской воды совершенно ничтожны­ми количествами. В стакане этой воды содержалась лишь крохотная крупинка цезия — одна сорокатысячная доля грамма. Если бы Бунзен вздумал добыть в своих лабо­раторных стаканах и чашках хоть граммов десять или двадцать нового вещества, то ему пришлось бы всю жизнь сидеть и возиться с дюркгеймской водой, упаривая ее и обрабатывая химическими реактивами.

Он поступил по-другому. Поблизости от Гейдельберга был расположен химический завод, где изготовляли соду. Там имелись огромные котлы, объемистые резервуары, большие печи и механические насосы. Бунзен сговорился с заводчиком, и за несколько недель ему упарили и пе­реработали по всем правилам химического искусства 44 тысячи литров минеральной воды.

Из этого потока жидкости Бунзен извлек всего-на­всего 7 граммов чистой цезиевой соли. Но зато он одно­временно выловил еще одно новое вещество!

Это произошло так. Бунзен добирался до цезия шаг за шагом, удаляя из дюркгеймской воды другие элементы по одному, по два, по три. Подконец в смеси остались только две соли — цезия и калия. Когда стали понемногу вымывать и калиевую соль, спектроскоп дал неожидан­ный сигнал: в спектре смеси выступили две новые фио­летовые линии, а за ними еще зеленые, желтые и особен­но отчетливо тёмно-красные.

Еще один новый элемент таился в дюркгеймской воде!

Это был уже пятьдесят девятый по счету. Бунзен дал ему название рубидий, что по-латыни значит тёмно-крас­ный. Во всей дюркгеймской воде, которую переработал Бунзен, его нашлось даже больше, чем цезия, — целых 10 граммов.

  1. СНОВА «БУЙНЫЕ» МЕТАЛЛЫ

7 граммов и 10 граммов — не слишком большой запас вещества. Но для такого тонкого мастера химии, как Бунзен, этого запаса оказалось вполне достаточно.

Он ухитрился получить из этих 17 граммов множество различных соединений цезия и рубидия с другими, «ста­рыми», элементами. Он изучил все свойства новых соеди­нений. Он узнал, каковы они на вкус, и как легко они растворяются в воде, и какой величины кристаллы из них получаются, и как сильно их надо нагреть, чтобы они расплавились, и многое другое.

Сами же цезий и рубидий оказались очень похожими на знаменитые «буйные» металлы Дэви: на калий, натрий и на третьего их «собрата» — литий.

И цезий и рубидий оказались легкими серебристыми металлами, хотя и немного более тяжелыми, чем литий, натрий и калий. Они тоже были мягкими, как воск, и да­же еще мягче, чем натрий и калий. Они тоже загорались на воздухе, превращаясь при этом в едкую щелочь. Они тоже бегали по воде с пламенем и треском, и даже еще более неистово, чем калий и натрий. И, подобно метал­лам Дэви, их тоже удавалось сохранять только в «ванне» из чистого керосина.

Хлористые соли цезия и рубидия по виду ничем не отличались от обыкновеннейшей поваренной соли, кото­рую химики называют хлористым натрием. И даже самая опытная кухарка не задумалась бы посолить ими суп.

Азотнокислые соли цезия и рубидия походили на обыкновенную селитру, которую химики называют азот­нокислым калием, и из них можно было бы приготовить хороший порох.

Едкая цезиевая щелочь и едкая рубидиевая щелочь были скользки наощупь и мыльны на вкус, подобно ед­кому натру или кали. Даже самый опытный мыловар не заметил бы разницы и со спокойной совестью стал бы варить из них мыло.

И мыло, поверьте, получилось бы неплохое. Но каж­дый кусок его обошелся бы рублей в пятьсот золотом.

  1. ЗАБЕГАЯ ВПЕРЕД…

У иного читателя, может быть, давно уже напраши­вается такой вопрос:

— Хорошо, Кирхгоф и Бунзен сделали замечательные открытия. Они изобрели спектральный анализ. Они узна­ли, из чего состоит солнце. Они нашли два редких эле­мента, из соединений которых можно было бы готовить мыло и порох, если бы они не были дороже золота. А что толку от всех этих открытий, принесли ли они ка­кую-нибудь пользу технике, промышленности?

Да, принесли. Правда, это произошло не сразу. Не всегда крупные научные открытия сразу приносят практическую пользу. Но они неизменно дают в конце кон­цов свои плоды, иногда там, где этого меньше всего ожидаешь.

Когда Бунзен открыл в дюркгеймской воде редкий металл цезий, он не думал о том, что новый элемент ко­гда-нибудь пригодится для телевидения. Он не мог этого думать, потому что тогда еще не было ни телевизоров, ни даже простого радиотелеграфа. А сейчас в телевиде­нии применяют фотоэлементы, для изготовления кото­рых нужен цезий.

Когда Кирхгоф и Бунзен наводили свой спектроскоп на солнце или на пламя газовой горелки, им и в голову не могло притти, что плодами их работы когда-нибудь воспользуются строители дирижаблей. Это и не могло притти им в голову, хотя бы потому, что тогда не было еще дирижаблей. Но прошло несколько десятков лет, и воздухоплавателям очень и очень пригодились резуль­таты работы гейдельбергских ученых. В одной из сле­дующих глав вы узнаете, как это случилось.

Не знали Кирхгоф и Бунзен также того, что благода­ря спектроскопу люди когда-нибудь научатся делать долговечные электрические лампочки. В 1859 году на свете еще не было никаких электроламп — ни быстро портящихся, ни долговечных. А впоследствии люди имен­но благодаря спектральному анализу научились удлинять жизнь ламп. Казалось бы, какая тут может быть связь? Об этом вы узнаете из нашего дальнейшего рассказа.

Открытия Кирхгофа и Бунзена дали очень многое тех­нике и промышленности — всего и не перечтешь.

  1. СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

И у Кирхгофа и у Бунзена скоро нашлись повсюду подражатели.

Известие о том, что с помощью спектроскопа откры­ты неизвестные элементы, взволновало многих химиков. Одна научная лаборатория за другой обзаводились этим новым оружием, которым с одинаковым успехом можно было атаковать солнце и каплю воды. Химики накаляли в пламени всевозможные вещества, разглядывали их спектры, искали новых линий.

Искали и находили!

В 1861 году англичанин Крукс подобрал на химиче­ском заводе особый ил, оседающий на дне свинцовых камер, в которых вырабатывается серная кислота. В спектре этого ила Крукс обнаружил неизвестную зеле­ную линию.

Так был найден элемент таллий, тяжелый металл.

Через два года немецкие химики Рихтер и Рейх раз­глядели в спектре одной цинковой руды новую линию, цвета синей краски индиго. Элемент, который давал эту линию, был назван поэтому индий. Индий тоже оказал­ся металлом, белого цвета.

Пять лет спустя ученые снова напали на след неиз­вестного элемента. Но на сей раз это были не химики, а астрономы. И новая линия нашлась в спектре не земного вещества, а солнца.

Дело происходило во время солнечного затмения. Французский астроном Жансен и англичанин Локайер на­правили на солнце трубу спектроскопа и обнаружили яр­кую желтую линию в стороне от того места, где обычно располагается желтая линия натрия.

При затмении луна закрывает от нас весь сияющий диск солнца. Только верхние слои раскаленной солнеч­ной атмосферы выступают над черной тенью луны и бес­препятственно шлют на землю свой слабый свет. В спек­тре этого-то света, нисколько не похожего на обычный солнечный спектр с его темными фраунгоферовыми ли­ниями, и заметил Жансен неизвестную желтую линию.

Какой же элемент давал эти желтые лучи?

Кто мог знать! Ведь солнце не положишь в химиче­скую колбу, не упаришь в фабричном котле.

На солнце есть неизвестный элемент, которого на зем­ле мы никогда не встречали, — вот все, что могли ска­зать ученые об открытии Жансена. Они назвали этот элемент гелий («гелиос» по-гречески значит солнце). Имя ему дали, но что это за гелий, каков он может быть с виду и какими свойствами обладает, никому не было из­вестно.

А любопытно было бы, не правда ли, разгадать загад­ку солнечного вещества? Интересно узнать, похоже ли оно на земные элементы, или же это какой-то совершен­но иной вид материи? Неужели придется ждать ответа на этот вопрос до тех пор, когда люди научатся летать в ракетах к солнцу?

Как знать! Может быть, тайна гелия раскроется пе­ред вами гораздо раньше, даже раньше, чем вы дочитае­те эту книгу…

А пока прослушайте рассказ о том, как русский химик Дмитрий Иванович Менделеев открыл несколько новых элементов у себя в кабинете за письменным столом.

Он никогда не видел этих элементов ни простым гла­зом, ни глазом, вооруженным спектроскопом. Он открыл их одной лишь силой своего прозорливого ума.