Сэм Кин – Исчезающая ложка. Тайны периодической таблицы Менделеева (страница 2)

Я накрепко зафиксировал в памяти все эти случаи. А недавно, вспомнив о ртути за завтраком, осознал, что почти со всеми элементами из периодической системы связана какая-нибудь смешная, или странная, или страшная история. В то же время таблица Менделеева – одно из величайших интеллектуальных достижений человеческого рода. Это одновременно и научный шедевр, и сборник рассказов. Я написал эту книгу, чтобы тщательно отобразить все ее слои – как рисунки на кальке в учебнике по анатомии. Все эти рисунки рассказывают об одном и том же, но делают «срезы» на разной глубине. В простейшем смысле периодическая система – это каталог всех веществ, встречающихся в нашей Вселенной. В таблице сто с небольшим элементов, обладающих яркими индивидуальностями. Из них состоит все, что мы видим и что нас окружает. Таблица построена так, что ученый-химик легко улавливает взаимосвязи между различными элементами и может объединить их в семейства. Если рассмотреть таблицу на более сложном уровне, то можно увидеть, что в ней закодирована информация о происхождении каждого атома, а также о том, в какие атомы он может превращаться, на какие элементы распадаться[7]. Эти атомы естественным образом объединяются в динамические системы, включая живые существа. Периодическая система позволяет прогнозировать, какие связи будет образовывать тот или иной атом. В таблице даже угадываются «коридоры» гнусных элементов, наносящих вред живым существам. А порой они бывают и смертельно ядовиты.

Наконец, периодическая система – это удивительное человеческое достижение, артефакт, отражающий чудесные, коварные и порочные грани человеческого существа. Таблица позволяет понять, как мы взаимодействуем с окружающим миром.

История нашего вида записана в виде компактного и красивого либретто. Все эти уровни заслуживают специального изучения, от простого к сложному. Сюжеты из периодической таблицы не только станут для вас увлекательным чтением, но и помогут понять такие вещи, о которых никогда не пишут в учебниках и лабораторных пособиях. Мы едим химические элементы и дышим ими; люди ставят на них и проигрывают огромные суммы; философы обращаются к элементам, задумываясь о значении науки. Элементы отравляют людей и порождают войны. Между водородом в левом верхнем углу и искусственно синтезированными эфемерными веществами, занимающими нижние ряды, вы найдете пузыри, бомбы, деньги, алхимию, политические игры, историю, яды, преступления и любовь. А также немного науки.

Часть I. Положение: столбец за столбцом, ряд за рядом

1. Прописка – это судьба

Услышав выражение «таблица Менделеева», большинство читателей вспомнят большую схему, которая висит в кабинете химии. Это асимметричное собрание рядов и столбцов, которые словно выглядывают из-за плеч учителя. Обычно таблица огромная, метра два в ширину. Она одновременно и подавляет вас, и кажется величественной, подчеркивая важность химии. Вы знакомитесь с ней уже в сентябре, и она остается незаменимой до самого конца мая. Кстати, это единственное наглядное пособие, которым можно пользоваться на экзамене – когда в вашем распоряжении нет ни конспектов, ни учебников. Разумеется, когда-то периодическая система могла вас и раздражать, не в последнюю очередь потому, что многим она нисколечко не помогает, хоть и висит у всех на виду, как гигантская и абсолютно легальная шпаргалка.

С одной стороны, периодическая система кажется организованной и безукоризненной – практически идеальный образец научной схемы. С другой – это такой паноптикум длинных чисел, аббревиатур и каких-то последовательностей, напоминающих компьютерные сообщения об ошибках ([Xe]6s24f15d1), что порой сложно обозревать таблицу без досады. И хотя она, несомненно, связана с другими науками, в частности с биологией и физикой, эта связь не всем понятна с первого взгляда. Вероятно, главным разочарованием для большинства учеников было то, что многие люди действительно понимали таблицу, знали, как она работает, запросто выуживали из нее разнообразные факты. Наверное, такое же раздражение одолевает дальтоников, на глазах у которых дети с нормальным зрением находят семерки и девятки в цветной головоломке. Речь о важной, но неочевидной информации, которая так никогда и не складывается в цельную картину. Многие вспоминают о таблице со смешанным чувством увлеченности, пристрастия, неполноценности и брезгливости.

Прежде чем познакомить класс с периодической системой, каждый учитель химии должен убрать из нее всю информацию и показать школьникам пустую сетку.

На что она похожа? На какой-то замок с неровными стенами – как будто королевские каменщики немного не достроили левую часть. С обеих сторон возвышаются высокие оборонительные бастионы. В таблице 18 зубчатых столбцов и семь горизонтальных рядов. Снизу примостилась полоса из двух дополнительных рядов. Стена замка сложена из «кирпичей», и в этом кроется первое неочевидное свойство таблицы – каждый «кирпичик» может стоять только на своем месте. Каждая клетка содержит один элемент, тип простого вещества. В настоящее время таблица состоит из 112 элементов, существование еще нескольких предстоит подтвердить[8]. Весь замок развалится, если неправильно поставить хотя бы один кирпичик. Это не преувеличение: если ученые придут к выводу, что какой-то элемент должен находиться в другой клетке или что два элемента можно поменять местами, вся стройная система разрушится.

Еще одна архитектурная особенность замка заключается в том, что в разных частях его стен сосредоточены разные материалы. Таким образом, все кирпичи состоят из разных веществ, и у каждого элемента – свои уникальные характеристики. 75 % элементов являются металлами, поэтому почти все они – сероватые холодные твердые вещества (по крайней мере, при обычной температуре). В нескольких столбцах в «восточной части» стены содержатся газы. Всего два элемента – ртуть и бром – при комнатной температуре являются жидкостями[9]. Между металлами и газами (если представить, что таблица Менделеева – это карта США, то этот регион окажется примерно на месте штата Кентукки) находятся несколько сложно классифицируемых элементов. Они имеют аморфную структуру, благодаря чему могут образовывать чрезвычайно активные кислоты – в миллиарды раз более сильные, чем те вещества, которые обычно хранятся на складе реагентов. Вообще, если бы каждый кирпичик состоял именно из того вещества, которое он обозначает, то химический замок был бы химерой с пристройками и флигелями из самых разных времен. Можно сказать, что таблица напоминает здание в стиле Даниэля Либескинда, в котором, казалось бы, несовместимые материалы сплетены в элегантное целое.

Таблица Менделеева напоминает замок с неровными стенами, с обеих сторон которого возвышаются высокие оборонительные бастионы.

Чертежи для стен нашего замка создавались так долго именно потому, что с координатами элемента в таблице связана практически вся интересная научная информация о нем. Прописка фактически определяет его судьбу. Теперь, когда вы примерно представляете, как построена система, я могу перейти к более дельной метафоре: предположим, что таблица – это карта. Чтобы поближе познакомить вас с ней, давайте начертим ее в направлении с востока на запад. По пути поговорим как о самых известных, так и о менее популярных элементах.

Начнем с 18-го столбца, крайнего справа. В нем расположены благородные (инертные) газы. «Благородный» – немного старомодное слово, которое ассоциируется скорее с этикой и психологией, чем с химией. Действительно, термин «благородные газы» зародился в колыбели западной философии – Древней Греции. Именно там жил Платон, впервые предложивший термин «элемент» (по-гречески – «стойхейя»), используя это слово как общее название для мельчайших частиц материи. Он опирался на идеи древнегреческих философов Левкиппа и Демокрита, впервые развивших концепцию атома. Платон покинул Афины около 400 года до н. э. – после того как ушел из жизни его наставник Сократ, оставаться в городе Платону было небезопасно. Затем он долгое время странствовал и писал философские труды. Разумеется, Платон не представлял, что такое «элемент» с химической точки зрения. Но если бы он об этом знал, ему, несомненно, больше всего понравились бы элементы с «восточного края» таблицы – особенно гелий.

Для осознания того, что же такое «химический элемент», ученым потребовалось около 2200 лет – поиск начался примерно в 400 году до н. э. в Древней Греции и завершился к 1800 году в Европе.

В своем диалоге «Пир», произведении о любви и страсти, Платон заявляет, что каждое существо стремится найти свою недостающую половинку. Если говорить о людях, то это стремление выражается в виде страстей и плотской любви, а также всех забот, с ними связанных. Кроме того, во всех своих диалогах Платон подчеркивал, что абстрактные и неизменные сущности по природе своей более благородны, чем те субстанции, которые перемешиваются друг с другом и взаимодействуют с грубой материей. Вероятно, именно поэтому он и обожал геометрию с ее идеальными окружностями и кубами, существующими только в нашем разуме. Применительно к нематематическим объектам Платон развил теорию «форм», в соответствии с которой все предметы являются «тенями» того или иного идеального типа. Например, все деревья – это несовершенные «модели» идеального дерева, к безупречной «древесности» коего они тяготеют. То же можно сказать о рыбах и «рыбости» и даже о чашах и «чашести». Платон верил, что эти идеальные формы – не чисто умозрительные конструкты, а действительно существуют в реальности, пусть они и парят где-то в «эмпиреях», недоступных для обыденного человеческого восприятия. Сложно представить степень его изумления, если бы он узнал, что через много веков ученые будут создавать идеальные формы из гелия.