Научные сказки периодической таблицы. Занимательная история химических элементов от мышьяка до цинка

В мае 1920 г. немецкий друг Аррениуса Фриц Габер приехал в Стокгольм, где ему должны были вручить Нобелевскую премию, присужденную еще в 1918 г.; Первая мировая война помешала своевременному вручению. Премию он получил за открытие способов искусственного синтеза аммиака из атмосферного азота, которое способствовало активному развитию как производства удобрений, так и взрывчатых веществ. Ученые много времени проводили в дискуссиях. Через несколько дней после возвращения Габера в Германию страны-победительницы объявили свои условия мира: его стране надлежало выплатить 269 миллиардов золотых марок в качестве репараций. И он решил помочь ей сделать это средствами науки.

Габеру, конечно же, была хорошо известна легенда о золоте Рейна. В опере «Золото Рейна», первой из вагнеровского цикла «Кольцо Нибелунгов», на речном дне в солнечных лучах сверкает золото, охраняемое тремя девами Рейна. Карлик Альберих следит за девами, но решает, что золото важнее любви, они же нашептывают ему секрет, что кольцо, изготовленное из рейнского золота, даст его обладателю безграничную силу. Следуя Плинию и великому немецкому металлургу Агриколе, Вагнер стремится доказать, что сам по себе металл совершенно безобиден и только вещи, изготовленные из него людьми, наделены растлевающей силой. Как поясняет его точку зрения Джордж Бернард Шоу в «Идеальном вагнерианце», очерке, посвященном вагнеровскому циклу, девы Рейна ценят золото, исходя «из совершенно некоммерческих соображений, исключительно за его природную красоту и совершенство». Только человек обладает способностью изготовить кольцо из золота, что и делает увлеченный их песнями корыстный Альберих. На протяжении следующих трех опер тетралогии кольцо продают, похищают, за него бьются и гибнут, а тем временем оно каждому своему владельцу приносит обещанное несчастье, пока в конце концов вновь не возвращается на дно реки. И по-видимому, неслучайно то, что Вагнер писал либретто цикла во времена первой большой золотой лихорадки, а Шоу воспользовался клондайкской золотой лихорадкой 1898 г. в качестве иллюстрации для своего очерка.

Проклятие пало и на Габера, хотя заметно это стало не сразу. Он начал работу над проектом с того, что заказал образцы морской воды со всего мира, которые и стали привозить в его берлинскую лабораторию. Химический анализ подтвердил данные Аррениуса. Затем при поддержке ряда промышленников он снарядил судно и отправился на нем в 1923 г. в путешествие. Однако и в ходе первого, трансатлантического, плавания, и в дальнейшем, когда он бороздил другие океаны, его первоначальные выводы стали подвергаться все большим сомнениям – с каждым разом ему удавалось получать все меньше и меньше драгоценного металла из морской воды. В отчаянии он пришел к выводу – как ныне считается, ошибочному – что в морской воде присутствует очень небольшое количество золота, которого не хватит даже на то, чтобы покрыть грандиозные расходы по его выделению из нее.

Современные оценки содержания золота в морской воде несколько более оптимистичны. Считается, что его в три раза больше того уровня, который Габер рассматривал как минимальный для эффективности дальнейших исследований. Содержание золота оценивается в 20 миллиграммов на тонну. В принципе, в мировом океане может содержаться золота на 300 миллионов миллионов фунтов, исходя из нынешних цен на него, или, в несколько другой «валюте», ценой в 400 миллионов Кейт Мосс. Но даже при таком, значительно более высоком содержании, по мнению Ричарда Херрингтона, «стоимость его извлечения из воды слишком высока, чтобы в данный момент можно было бы всерьез рассматривать реализацию данной идеи в промышленном масштабе». Однако, отмечает он далее, золото на самом деле есть в Рейне, и «его производство в лучшие годы достигало 15 килограммов».

Необычность присутствия растворенного золота в воде успешно использовалась, по крайней мере, в нескольких довольно примечательных случаях. В 1933 г. преследование нацистами немецких ученых еврейского происхождения заставило многих из них эмигрировать и искать пристанища в зарубежных исследовательских центрах. Два нобелевских лауреата по физике, Макс фон Лауэ, получивший премию в 1914 г. за открытие дифракции рентгеновских лучей, и Джеймс Франк, которому премия была присуждена в 1925 г. за экспериментальное подтверждение квантовой структуры энергии, передали свои медали на хранение Нильсу Бору в Институт теоретической физики в Копенгагене. К тому времени, когда в апреле 1940 г. немецкая армия вошла в Данию, Бор уже пожертвовал свою нобелевскую медаль в помощь пострадавшим от военных действий, но ему необходимо было скрыть медали немецких коллег, так как обнаружение их у него в лаборатории еще больше скомпрометировало бы ученых, уже и без того дискредитированных в глазах нацистов. На медалях значились имена лауреатов, а так как они были изготовлены из золота, вывоз их из Германии считался серьезным нарушением закона.

С Бором в Копенгагене работал венгерский химик Дьердь де Хевеши, открывший в 1923 г. элемент гафний и назвавший его по латинскому наименованию Копенгагена – Hafnia, – где и был открыт элемент. Первоначально Хевеши предложил зарыть медали, но Бор боялся, что их все равно могут обнаружить. Вместо этого, когда нацистские войска заполнили город, они решили растворить их в царской водке, что оказалось не так просто, как позднее вспоминал Бор, из-за слишком большого количества золота, которое не вступало в реакцию даже с такой сильной кислотой. Нацисты пришли в Институт теоретической физики и тщательно обыскали лабораторию Бора, однако не спросили, что находится на полке в бутылках с коричневой жидкостью, которые спокойно простояли там до самого конца войны. После войны, возвращая золото медалей, Бор написал письмо в Шведскую королевскую академию наук, объяснив в нем происшедшее. Золото было извлечено из раствора, и Фонд Нобеля отлил новые медали для обоих физиков.

Царская водка принадлежит к числу множества полезных и часто недооцениваемых открытий алхимии. Тот факт, что она способна растворять золото, в свое время вызывал большой восторг. В «Потерянном рае» Мильтона Сатана проходит по чудесам земли и видит, что «Реки жидким золотом текут»[5]. Если золото в виде металла было символом совершенства, бессмертия и просвещения, то его жидкая форма, которую можно было пить (раствор золота обычно приправлялся ароматическими маслами, что превращало его в некую разновидность металлического соуса), обещала стать панацеей от всех болезней.

Еще одно достоинство золота – устойчивость к каким-либо воздействиям и изменениям – давало возможность скептикам задаваться вопросом, способно ли оно вообще принести кому-то какую-либо пользу и на что бы то ни было повлиять. Томас Браун, врач и литератор из Норвича, рассматривает упомянутый вопрос в книге под названием «Псевдодоксия Эпидемика», весьма информативном и местами забавном каталоге мифов, бытовавших в XVII столетии, которые автор пытается развенчать с помощью научных фактов. «То, что золото, принимаемое внутрь, – писал Браун, – представляет собой напиток большой целительной силы при различных медицинских нуждах – факт весьма сомнительный и никем до сей поры убедительно не доказанный, хоть названная практика и чрезвычайно широко распространена». Видя, как золото проходит сквозь огонь «непобежденным», Браун приходит к выводу, что, скорее всего, и через человеческий организм оно проходит, никак на него не повлияв. Данный вывод заставляет его далее подвергнуть острой критике истории о царе Мидасе и о золотом гусе. Но затем Браун внезапно меняет тактику и признает, что золото, не меняясь материально, способно осуществлять некое воздействие сродни магнитной силе магнетита или электрическим зарядам янтаря. В конце концов он начинает выкручиваться, заявляя: «… по всей видимости, будет неверным совершенно отрицать любое полезное воздействие золота». Тем не менее у Этьена-Франсуа Жоффруа, французского врача и химика XVIII столетия, подобных сомнений уже не возникало. «Золото, – решительно писал он, – из всех металлов самый бесполезный для медицины, если только не рассматривать его в качестве лекарства от нищеты».

Как-то на Рождество у меня появилась возможность попробовать «золото, принимаемое внутрь», – я купил шоколад «с золотом, ладаном и смирной». Ладан и смирна не могли соперничать в аромате с какао, однако золото по крайней мере можно было разглядеть в виде маленьких хлопьев на плитке. Никаких дурных последствий от того, что я съел названный шоколад, не последовало. Так же, как, впрочем, и положительных. Я перевернул обертку и прочел список ингредиентов. И к своему изумлению обнаружил, что у золота имеется номер как у пищевой добавки – Е 175. Ну что ж, значит, инстанции, контролирующие пищевые продукты, унаследовали осмотрительность Брауна.

Ослепительный цвет платины

Уоллис Симпсон, дважды разведенная светская львица из Штатов, которая в 1937 г. вышла замуж за бывшего английского короля Эдуарда VIII и стала герцогиней Виндзорской, не отличалась особым вниманием к условностям этикета. Зато в вопросе о драгоценностях она не допускала никаких вольностей: «Любому идиоту известно, что с твидом и другой дневной одеждой носят золото, а с вечерними платьями – платину».

Платина вошла в моду в первой половине ХХ столетия как металл для изготовления украшений среди тех, кто считал серебро слишком вульгарным. Платина – один из самых тяжелых блестящих металлов. Ее плотность в два раза превышает плотность серебра, однако цвет у нее более тусклый. Платина редко сверкает, но излучает то, что Джон Стейнбек назвал «жемчужным свечением». Платина – это ответ моды вечным элементам: золоту и серебру. От нее исходит ощущение собственной значимости и претензии на большее.

Во времена экономических проблем платина удовлетворяла потребность терявшего свою однородность высшего общества в металле более дорогом, чем золото, и, возможно, не столь бросающемся в глаза. Весьма странно, что на названную роль был избран металл, запасы которого превосходят запасы золота. Хотя оба металла довольно редко встречаются в земной коре, все-таки платины в десять раз больше, чем золота. И тем не менее… Со временем представление о платине как о самом ценном из металлов должно было распространиться и среди низших классов и занять в символической иерархии знаков роскоши место над золотом. Платина сразу же начала ассоциироваться с новым типом богатства, став символом состояния, нажитого не в течение столетий, как когда-то кучи золота, накапливаемые в тайниках, а приобретенного внезапно, мгновенно, в результате рискованной спекуляции – состояния, которое может быть так же внезапно, в одночасье утрачено. Во втором томе трилогии «Америка» «Большие деньги», опубликованной в 1936 г., Джон Дос Пассос изображает множество персонажей, пытающихся примирить идеалы с необходимостью найти свое место под солнцем в лихорадочные годы, предшествовавшие Великой депрессии. «Призраки платиновых блондинок», подобно сиренам, блуждают по страницам романа как символ страшного искушения «легкими» деньгами.

Фильм Фрэнка Капры 1931 г. «Платиновая блондинка» как раз и строился на формировавшейся в ту пору символике этого металла. Название фильма сделалось обиходной фразой. Платиновая блондинка в картине, богатая светская львица, соблазняет репортера, который расследует скандал, связанный с ее семейством, выходит за него замуж и в конце концов полностью подчиняет себе. Главную роль исполняла Джин Харлоу. Первоначально фильм должен был называться «Галлахер» по имени девушки, которая теряет, а затем вновь обретает любовь репортера. Но у продюсера фильма Говарда Хьюза был заключен личный контракт с Джин Харлоу, поэтому он настоял на изменении названия, чтобы придать большую значимость своей протеже. Его идея сработала, выдвинув на первый план Харлоу и породив моду на обесцвеченные волосы.

Хьюз даже назначил премию тому парикмахеру, который сможет в точности повторить оттенок волос актрисы. Вероятно, деньги так никому и не достались, ведь только те, кто непосредственно участвовал в съемках, знали настоящий цвет краски во всех его нюансах – фильм был черно-белый.

Европейские химики признали платину в качестве элемента в XVIII столетии. Тогда ее превозносили как «восьмой металл» наряду с семью, известными со времен античности: золотом, серебром, медью, оловом, свинцом, ртутью и железом. Однако первыми ее открыли аборигены Южной Америки 2000 лет назад. Там платина – уменьшительное от испанского слова plata, означающего серебро, – в природе встречается в виде гранул или самородков, в основном чистого металла, лишь иногда имеющего включения иных ценных металлов или железа. Как правило, ее находят в реках или во время промывания золотоносного песка. Среди потенциально ценного осадка после вымывания более легких минералов часто обнаруживаются гранулы серого цвета. Температура плавления платины значительно выше температуры плавления золота, бронзы и даже железа, и ее невозможно достичь с помощью горения древесного угля. Кузнецы из числа южноамериканских аборигенов не могли переплавить эти гранулы в то, из чего позднее можно было бы изготовить различные ювелирные украшения. И тем не менее в ходе археологических раскопок в Эквадоре были обнаружены именно такие артефакты доколумбовой эпохи, вследствие чего европейским металлургам пришлось признать, что кузнецы той поры обладали удивительным мастерством: они довели до совершенства метод спекания, при котором путем добавления в материал золотой пыли можно добиться слипания гранул в единую массу без их расплавления.

Одержимые жаждой золота, испанские конкистадоры поначалу не обращали никакого внимания на тусклую серую платину. Некоторые золотые прииски были даже заброшены из-за того, что присутствие платины делало их нерентабельными. Однако отношение к платине изменилось, когда внимание испанского короля Карла III в 1786 г. привлек труд молодого французского химика Пьера-Франсуа Шабано, пребывавшего в то время в Королевской семинарии в Вергаре, в стране басков. На момент приезда туда Шабано семинария представляла собой нечто вроде минералогической оранжереи и, по-видимому, обладала множеством экзотических образцов минералов. Братья Фаусто и Хуан Хосе Эльгуйяр, там преподававшие, уже выделили элемент вольфрам из вольфрамита – исключительно плотной руды, которую они достали в годы своей учебы в Германии. Братья поручили Шабано работу по выделению металлической платины из платинового сырья, привезенного ими из Южной Америки.

Спустя некоторое время Эльгуйяры были назначены руководителями новых приисков в испанских колониях, а Шабано перевели в Мадрид, где ему дали роскошную личную лабораторию, в которой он мог продолжать свои исследования платины. Министр королевского двора, маркиз Аранда, позаботился о том, чтобы все государственные источники металла – в то время по ценности уступавшего даже серебру – были предоставлены в распоряжение французского ученого. Платина в то время ценилась так невысоко в частности потому, что у испанцев отсутствовала технология получения ковкой формы платины. Вскоре Шабано показалось, что он сумел выделить чистый металл, удалив золото, железо и другие примеси, из-за присутствия которых платина не поддавалась обработке. Однако ученого удивило, что характеристики полученного металла не соответствовали известным стандартным характеристикам (а это было следствием того, что в металле оставались примеси на тот момент еще не известных элементов, более близких платине, таких как иридий и осмий). Шабано в отчаянии готов был забросить работу, и лишь маркиз убедил его продолжить исследования. Три месяца спустя Аранда обнаружил у себя дома на столе десятисантиметровый кубик металла. Попытавшись его поднять, он воскликнул: «Что за шутки, Шабано?! Вы его привязали!» Крошечный слиток весил 23 килограмма. Это была ковкая платина!

Поначалу образцы платины распространялись среди аристократов Европы, и никто толком не знал, что с ней делать. Вследствие сложностей с обработкой металла он оставался практически бесполезным. (Испанской короне пришлось усвоить неприятный урок: даже хорошо финансируемые научные исследования далеко не всегда быстро окупаются.) Известный мемуарист XVIII века Джакомо Казанова сообщает о визите к маркизе де Юрфе, которая занималась алхимией и собиралась превратить имевшуюся у нее платину в золото. Постепенно, однако, метод Шабано привел к повышению нового металла в цене. Платиновый потир, подаренный испанским королем Папе римскому, был первым ценным предметом, изготовленным из ковкой формы этого металла. Шабано, оказавшись в исключительном положении, занялся продажей платиновых слитков, тиглей и других вещей, необходимых специалистам. Одновременно испанское правительство увеличило ввоз платины из своей южноамериканской колонии Новая Гранада. В августе 1789 г. одним судном было доставлено 3000 фунтов платины. И хотя металл был полностью монополизирован короной, его дешевизна привлекала контрабандистов и фальшивомонетчиков, которые благодаря тому, что плотность платины близка к плотности золота, могли, позолотив, выдать ее за чистое золото. Короткая «эра платины» в Испании резко оборвалась с началом наполеоновского вторжения в страну в 1808 г. и подъемом революционного движения за независимость в Новой Гранаде под руководством Симона Боливара. Специфическое сочетание в платине высокой плотности с устойчивостью к коррозии сделало ее идеальным материалом для изготовления эталона килограмма и метра во Французской республике, однако более смелые планы превратить ее в материал для изготовления дорогих украшений, для чего требовались умения искусных ювелиров, были вскоре забыты.

В XIX веке цена на платину вновь упала, так как были обнаружены ее новые месторождения в России и Канаде и появились более экономичные способы ее очистки. На вкус русских аристократов, металл был недостаточно ярким, и при отсутствии какого-либо другого спроса на него Россия в 1828 г. начала выпуск трехрублевых платиновых монет, чтобы хоть как-то использовать имеющиеся ресурсы. Но даже и эту практику пришлось прекратить после того, как мировая цена на платину упала еще ниже.

Каким же образом платина, так быстро после своего прихода в Европу достигшая самого низкого уровня спроса, смогла затем опередить по ценности золото? Исходя из рыночных законов можно предположить, что, если не было недостатка в предложении, значит, возник избыточный спрос, который и вызвал упомянутую метаморфозу. Несомненным фактором резкого увеличения спроса на платину стало расширение ее применения в технике – в электрическом оборудовании и во многих химических процессах в промышленности, где данный металл выступает в качестве катализатора. Но гораздо интереснее другой фактор увеличения цены на платину – фактор социального статуса.

В 1898 г. Луи Картье унаследовал бизнес отца, парижского ювелира, и прославил свое имя, сделав популярными наручные часы, которые вскоре вытеснили часы карманные. Картье на протяжении нескольких лет экспериментировал с платиной и наконец принял решение использовать ее где только возможно, заменив ею серебро и даже золото. «Бесцветные драгоценности», такие как брильянты, очень популярное дополнение к вечерним нарядам, в идеале требовали столь же бесцветных оправ. Золото смотрелось вульгарно, а серебро имело тенденцию темнеть. Кроме того, оба металла были слишком мягкими. Твердая платина могла гарантировать, что оправы Картье, особенно для наиболее крупных камней, будут практически незаметны и при этом весьма надежны. Слегка сероватый блеск металла значительно выигрывал по сравнению с золотом и серебром в том смысле, что внимание привлекали именно камни, а не оправа. Нововведение Картье породило моду на платину, которая продлилась до начала Второй мировой войны, когда на продажу платины были введены ограничения из-за потребности на нее в качестве катализатора для важных химических реакций, таких, например, как те, что используются при получении взрывчатки. К тому времени платина поднялась еще на одну ступеньку по лестнице славы, став оправой для знаменитого алмаза «Кохинор» в короне, изготовленной специально для королевы Елизаветы, супруги короля Георга VI, для коронации 1937 г., из одной лишь платины. (Уоллис Симпсон должна была умереть от зависти, узнав, какая безделушка досталась ее невестке!)

Примерно в то же время, когда Картье менял правила в мире ценных металлов, возрождение Олимпийских игр породило идею о том, чтобы степени спортивных достижений отмечались в соответствии с привычной шкалой ценности металлов. На олимпиадах в Древней Греции лучших атлетов награждали обычными лавровыми венками. На первых современных Олимпийских играх, проводившихся в Афинах в 1896 г., победитель в каждом виде соревнований получал серебряную медаль, занявший второе место – бронзовую. И только на играх 1904 г. в Сент-Луисе Международный Олимпийский Комитет принял решение, что за первые три места должны присуждаться золотая, серебряная и бронзовая медали. Распределение мест на двух предыдущих играх было скорректировано в соответствии с новой системой медалей.

Названная система медалей сохраняется до сих пор. Иерархия: золото, серебро, бронза – стала общепринятым способом отмечать успехи в спорте и искусстве. Звукозаписывающие компании вручают золотой диск в качестве награды музыкантам – и самим себе – в случае продажи миллионного экземпляра песни. Перри Комо был первым музыкантом с мировой славой, получившим золото. Но, когда продажи дисков выросли и золотые диски стали обычным делом, руководители музыкальной индустрии, вместо того чтобы пойти по самому логичному пути и попросту поднять порог для золотого диска, в 1976 г. ввели платиновый диск за еще более высокие достижения. В соответствии с нынешними правилами альбом получает золото, если продается в количестве 500 000 экземпляров, и платину, если расходится в миллионе копий. Примеру музыкальной индустрии вскоре последовал «Американ Экспресс», вслед за золотой выпустивший в 1984 г. платиновую кредитную карту.

Ничто из упомянутого уже не было следствием внешнего вида или каких-то других свойств платины. Не было это вызвано и какой-то исключительной ее редкостью, каковая, как мы видели, ничуть не больше, чем редкость золота. Для большинства из нас, за исключением Уоллис Симпсон, статус платины – результат сложного варианта снобизма. Мы воспринимаем ее как нечто более ценное, чем золото, по совершенно противоположной причине: нам просто уже достаточно давно известно, что платиновый диск музыкальная

группа получает в том случае, если золотой уже у нее есть, и что платиновую кредитную карту получить гораздо сложнее, чем золотую. В эпоху, когда растворимый кофе, дешевый шоколад и туалетная бумага получают бренд «золотой», необходимо отыскать некий символ, обладающий бо́льшим престижем. На сегодняшний день, по крайней мере, таким символом стала платина.

Благородные металлы, неблагородно рекламируемые

В апреле 1803 г. в одном антикварном магазине в Сохо в продаже появилось небольшое количество блестящего металла. В рекламном листке, анонимно распространявшемся среди лондонских ученых, провозглашалось, что это «палладиум, или новое серебро» и что они видят перед собой «новый благородный металл». Далее подробно описывались характеристики металла: к примеру, «сильнейший жар кузнечного горна вряд ли способен его расплавить» и тем не менее, «если вы поднесете к нему в раскаленном состоянии небольшой кусочек серы, он потечет так же свободно, как цинк».

Сообщение мгновенно вызвало фурор. Кто его распространяет? Правда ли то, что в нем говорится? И если правда, то почему оно не было сделано в цивилизованной открытой манере, которая к тому времени уже стала нормой в научном сообществе?

Заподозрив обман, талантливый ирландский химик-аналитик Ричард Чевеникс посетил магазин и купил все остатки рекламируемого материала (три четверти унции), после чего занялся его анализом, с тем чтобы выявить подделку. Однако к своему крайнему удивлению обнаружил, что приобретенное им вещество действительно обладало всеми теми новыми характеристиками, которые содержались в описании. Тем не менее в докладе Королевскому научному обществу он выразил мнение, что это не новый металл, «как постыдным образом утверждалось», а, скорее всего, амальгама платины и ртути. Другие ученые не смогли подтвердить результат Чевеникса, но сходу отвергали единственно возможную альтернативу – что объявление о крупном научном открытии может быть сделано в форме анонимного рекламного листка.

В конце концов выяснилось, что именно так и обстояло дело: рекламируемый металл науке не известен. Скандал был несколько смягчен тем, что автором пресловутого листка и самого открытия был к тому времени уже довольно известный химик Уильям Хайд Волластон, который давно работал над проектом, имевшим отношение к платине. Почему же он в данном случае повел себя столь необычным образом?