Разработчик сайта, Мухитова Влада, приветствует жюри конкурса "Лучший образовательный сайт - 2012"

Всё о химии

Левый фланг периодической системы

 Без сомнения, одним из самых выдающихся химиков XIX столетия был англичанин Гемфри Дэви (1778-1829 гг.) Ему принадлежат выдающиеся работы во многих областях химии и вообще естествознания. Наиболее знаменитые его труды посвящены «химическому действию электричества». Дэви начал свои исследования в этой области в августе 1800 г., вскоре после итальянца Алессандро Вольта (1745—1827 гг.), который изобрел так называемый вольтов столб, служивший тогда основным источником электрической энергии.

Дэви начал свои электрохимические опыты, будучи сотрудником так называемого Пневматического института в Бристоле. Целью института была проверка медицинского действия газов, которые были открыты в то время. Тогда Дэви в своих опытах обнаружил анестезирующее действие закиси азота N2 О, называемой также «веселящим газом». Однако намного важнее были опыты Дэви с вольтовым столбом. Правда, ему вскоре пришлось прервать эту работу — молодого ученого пригласили в Лондон, в Королевский институт.

Здесь в апреле 1801 г. он начал читать лекции о гальванических явлениях, а 1 июня того же года он был утвержден в должности ординарного профессора химии. Но это почетное звание ни в коем случае не означало, что Дэви мог продолжать свои электрохимические опыты. Руководство института предписывало профессорам, над какими направлениями науки им надлежит работать. И Дэви в первые годы своей работы в институте послушно занимался, в частности, вопросами дубления кожи и сельскохозяйственной химии. Но каждую свободную минуту он посвящал электрохимическим опытам. Их результаты он сообщил Королевскому обществу 20 ноября 1806 г. в докладе под названием «О некоторых химических действиях электрического тока».

В начале 1807 г. этот доклад был опубликован в «Трудах Королевского общества». При электролизе воды он сначала всегда полу-зал наряду с водородом и кислородом «щелочи» и «кислоты». После многих безуспешных опытов он установил, что причиной их появления являются загрязнения воды и грязь в стеклянном сосуде. Но и при использовании металлических сосудов. (Дэви применял даже золотые сосуды) обнаруживались «чуждые вещества» — аммиак и азотная кислота.

Ученый сумел найти объяснение и этому явлению. Оба эти вещества образуются при электролизе из растворенного в воде воздуха. Лишь при полном исключении любых загрязнений воды при ее электролизе будут получаться только водород и кислород. К таким же выводам пришли еще в 1802 г. Йене Якоб
|Берцелиус (1779-1848 гг.) и Вильгельм фон Хизингер (1766-1852гг.).Однако опубликованные ими в 1803 г. результаты исследований не были замечены учеными. Напротив, опубликованный Дэви доклад в «Трудах Королевского общества» был с большим интересом встречен в научных кругах. Французская Академия наук наградила Дэви медалью, которую Наполеон Бонапарт учредил за лучшее открытие года в области гальванизма.

После опубликования этого труда Дэви несколько месяцев занимался другими вопросами, но осенью 1807 г. возобновил гальванические опыты. Его задачей было разложение щелочей на составляющие. Ученый считал, что щелочь — не элемент, а окисел металла. Первые опыты он проводил с высококонцентрированными растворами щелочей. Но при воздействии тока он постоянно получал те же кислород и водород. А в чистом виде щелочи не проводят тока, и тогда Дэви решил их «перехитрить».

Он взял маленький кусочек едкого кали и выдержал его во влажной атмосфере, отчего щелочь приобрела поверхностную электропроводимость. Затем химик уложил этот кусочек на изолированный платиновый диск, соединенный с отрицательным полюсом батареи из 250 электрических пластинчатых пар. Затем Дэви коснулся кусочка платиновой проволокой, присоединенной к положительному полюсу батареи. Что из этого получилось, рассказывает сам Дэви:
«Едкий кали начал плавиться в обеих точках, в которых был электризован.

На верхнем конце было интенсивное бурление, а на нижнем (отрицательном) конце упругий расплав не отделялся; однако я открыл маленькие шарики с ярким металлическим блеском, имеющие очень большое сходство со ртутью. Некоторые из них мгновенно сгорали в момент образования со взрывом и появлением пламени; другие оставались, но тускнели и в конце покрывались белой корочкой. Вскоре я убедился, что эти шарики и представляют собой материю, которую я искал — горючие тела особого рода, являющиеся основой едкого кали».

Поскольку новый элемент содержался в поташе, Дэви назвал его «потассием». Это название калия и сегодня применяется в английской и французской литературе.

Несколько позже Дэви удалось таким же образом электрически разложить карбонат натрия или натрон, как его тогда называли. Правда, для выделения металла ему пришлось или увеличивать силу тока батареи или брать кусочки карбоната меньшего размера и толщины. Открытый им элемент Дэви назвал «содием» (от слова «сода»); это название и доныне сохранилось в английской и французской литературе. Название «натрий» было дано новому элементу Берцелиусом.
Свойства выделенных металлов Дэви исследовал в кратчайшие сроки. Уже через четыре недели, 19 ноября 1807 г., он прочел в Королевском обществе лекцию о результатах своих исследований. В начале следующего года эта лекция была опубликована в «Трудах Королевского общества». Новость об открытии двух щелочных металлов молниеносно распространилась среди химиков.

Опыты Дэви были повторены в лабораториях других стран, были найдены новые способы получения этих металлов. Так, И.Берцелиус и М.Понтин (1781-1858 гг.) пытались получить щелочные металлы электролизом. Но имевшаяся у них гальваническая батарея была слишком слабой. Все же им удалось использовать ртутный катод и выделить на нем калий в виде амальгамы. Таким же способом эти исследователи электрически разложили смеси увлажненной негашеной извести Схема получения кальция со ртутью. При этом металлы, находившиеся в виде окислов, выделились в виде своих амальгам. Отделять ртуть эти ученые не стали.

После своего доклада Дэви много недель болел, а затем тоже занялся разложением «щелочных земель». Сначала он подводил ток к увлажненному окислу. Хотя некоторые незначительное разложение и наблюдалось, образующиеся металлы сразу вступали в реакцию с железным катодом. Попытки использовать калий в качестве восстановителя тоже не дали результата. В мае 1808 г. Дэви получил письмо от Берцелиуса, в котором он описывал проведенные им вместе с Понтином опыты. Тогда Дэви использовал ртутный катод и очень быстро получил довольно большое количество содержащегося в гашеной извести металла в виде амальгамы. После отгонки ртути у Дэви остался серебристо-белый металл, который он назвал кальцием. Таким же путем он получил металлы и из других «щелочных земель»; они были названы магнием, стронцием и барием.

Вообще говоря, история открытия всех этих элементов началась гораздо раньше. Еще древние греки Аристотель и Диоскорид описывали вещество «нитрон», а древнеримский ученый и писатель Плиний Старший пользовался словом «нитрум». Оба эти термина относились к соде (карбонату натрия Ыа2СО3), а иногда к поташу (карбонату калия К2СО3), так как в то время эти вещества еще не различали. Даже в Библии упоминается сода, названная «нетер». От слова «нитрум» арабские алхимики произвели слово «натрон». Обозначение «алкали» (щелочь) впервые появилось в работах, приписываемых алхимику, Ге беру (XIII век). В 1702 г. Шталь высказал предположение, что «натрон» и «кали» (последний тогда обычно получали в виде карбоната из древесной золы) представляют собой два различных соединения. Но экспериментально это подтвердилось только в 1736 г. опытами француза Дюамеля деМонсо (1700— 1782 гг.). В 1758 г. немецкий физик Маргграф (1709—1782 гг.) различал эти соединения по тому, в какой цвет они окрашивают пламя.

Соединения магния, кальция, стронция и бария были частично известны задолго до Дэви. Еще в конце XVII века сульфат магния под названием «горькая соль» применяли как лекарство. Окись магния («горькая земля») была известна с начала XVIII века. Гашеную известь, получающуюся при обжиге известняка или мрамора,и гипс (сульфат кальция Са5О4-2Н2О) еще в древности применяли при строительстве. А в конце XVIII века немецкий химик и аптекарь Мартин Клапрот (1743—1817 гг.) показал, что незадолго до того найденный близ шотландского селения Стронциан минерал стронцианит имеет в своей основе новую «землю», т.е. окисел металла. Действительно, стронцианит представлял собой карбонат стронция ЗгСОз-И наконец, известный нам Шееле в 1774 г. открыл окись бария в тяжелом шпате (барите).

Выделение металлических натрия, калия, магния, кальция, стронция и бария было с современной точки зрения открытием «левого фланга» периодической системы элементов. Через несколько лет химики вышли на след лития. В 1828 г. был получен металлический бериллий, а в 1860-1861 гг. были обнаружены рубидий и цезий. Этим закончилось первичное открытие щелочных и щелочноземельных металлов. Окончательно этот край периодической системы был «укомплектован» лишь после открытия радия в 1898 г. и франция в 1939 г