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

Хью Олдерси-Уильямс

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

Пролог

Подобно алфавиту или знакам Зодиака, периодическая таблица элементов представляет собой набор графических образов, со школьной скамьи навеки засевших у большинства из нас в памяти. Та, которую я с тех самых времен помню лучше других, висела на стене за учительским столом, словно алтарная фреска, а лоснящаяся пожелтевшая бумага, на которой она была изображена, служила зримым свидетельством долгих лет активного химического воздействия. Она преследовала меня в воспоминаниях, хотя обстоятельства сложились так, что я в течение многих лет довольно редко заглядывал в химические лаборатории. Теперь она висит у меня на стене.

Или, точнее, висит таблица, очень на нее похожая. На этой таблице – с детства знакомый ступенчатый силуэт из аккуратно расположенных прямоугольников; каждый из них соответствует определенному элементу, в каждом содержится символ и номер соответствующего элемента. Однако моя таблица кое-чем отличается от привычных нам периодических таблиц. Там, где должно стоять название элемента, вписано совершенно другое слово, не имеющее никакого отношения к науке. Символ О обозначает не элемент кислород, а бога Орфея. Br – не бром, а художника Бронзино. Целый ряд других прямоугольников занят звездами кино 1950-х.

Описанная здесь периодическая таблица – литография английского художника Саймона Паттерсона. Паттерсон черпает вдохновение в графиках и диаграммах, с помощью которых мы упорядочиваем окружающий нас мир. Присущий ему стиль состоит в том, чтобы, признав важность некого символа порядка, затем внести хаос в его содержание. Самое известное произведение Паттерсона – карта лондонского метро, на которой станции на всех линиях переименованы в честь святых, путешественников и популярных футболистов. Пересечения линий вызывают неожиданные и порой весьма странные ассоциации.

Неудивительно, что ему захотелось сыграть в ту же игру и с периодической таблицей. Паттерсон сохранил мрачные воспоминания о том, как они с товарищами тупо зубрили ее в школе. «Так, по-видимому, учителю было удобнее всего преподавать химию; увы, как он ни старался, я не сумел ее выучить», – рассказывал мне Саймон. Однако сама структура таблицы навсегда врезалась ему в память. Через десять лет после окончания школы он создал несколько вариаций на тему периодической таблицы элементов, в которых каждый элемент вызывает цепочку ложных ассоциаций. Cr – не хром, а Джули Кристи (Julie Christie). Cu – не медь, а Тони Кёртис (Tony Curtis). В конце концов Паттерсон нарушает и собственную систему ассоциаций, и Ag, традиционное обозначение серебра, превращается у него не в Дженни Эгаттер и даже не в Агату Кристи, а в Фила Силверса. За этими новыми значениями старых символов порой скрывается своя неожиданная логика. Так, например, следующие друг за другом элементы бериллий и бор (символы Be и B) – Бергманы, Ингрид и Ингмар соответственно. Актеры братья Рекс и Родс Ризон также помещены рядом, им приписаны символы рения (Re) и осмия (Os). Ким Новак (Na, натрий) и Грейс Келли (K, калий) расположены в одной колонке таблицы – обе играли главные роли в фильмах Хичкока. Однако в целом у художника трудно найти какую-то систему, кроме неизбежно возникающих собственных ассоциаций. Я, например, с восторгом отметил, что Po, символ полония, радиоактивного элемента, открытого Марией Кюри и названного ею в честь ее родной Польши, у Паттерсона означает польского режиссера Романа Полански.

Сейчас мне нравится немного нелепое хулиганство работ Паттерсона, но в школьные годы я бы, конечно, к подобной чепухе отнесся с глубочайшим презрением. В то время как Саймон выдумывал все новые неожиданные сочетания, я просто запоминал ту информацию, которую должен был запомнить. Элементы, как я сразу же понял, – это универсальные и фундаментальные составные части материи. Все в мире состоит из элементов. Но таблица, в которую их собрал русский химик Дмитрий Менделеев, есть нечто большее, чем простая их сумма. Ему удалось отыскать особый смысл в размещении хаотического множества элементов последовательно, в соответствии с их атомным числом (то есть количеством протонов в ядре атома) так, что мгновенно стали очевидны их взаимосвязи (названные взаимосвязи имеют периодический характер, что сразу же становится очевидным при взгляде на вертикальные ряды).

У таблицы Менделеева своя собственная жизнь. Для меня она всегда была одной из величайших и не подлежащих сомнению мировых систем. Она так много объясняла в окружающем меня мире, казалась такой естественной, что создавалось впечатление, будто она существовала всегда. Она не могла быть недавним изобретением современной науки (хотя, по сути, когда я впервые ее увидел, ей было меньше ста лет от роду). Я признавал за ней силу некого высшего символа – и в то же время начал понемногу и с осторожностью задаваться вопросом, что она на самом деле означает. Сама таблица каким-то странным образом умаляла значение своего содержания. Благодаря ее непреклонной логике последовательности и сходства сами элементы с их беспорядочной материальностью становились почти излишними.

По периодической таблице, висевшей у меня в классе, невозможно было понять, как выглядят элементы. Я смог осознать, что за этими символами стоит нечто реальное, только рассматривая огромную подсвеченную таблицу химических элементов, которая когда-то висела в Музее науки в Лондоне. На той таблице размещались реальные образцы элементов. В каждом прямоугольнике уже хорошо мне знакомой таблицы располагался маленький стеклянный шарик, в котором находились либо сверкающие, либо совсем тусклые образцы элементов. Наверняка удостовериться, что перед вами реальные образцы, было, конечно, невозможно, но исходя из того, что образцы многих редкоземельных и радиоактивных элементов отсутствовали, можно было заключить, что все остальные вполне аутентичны. Здесь я по-настоящему уяснил для себя многое из того, чему нас учили в школе: элементы, пребывающие в газообразном состоянии, в основном находятся в верхних рядах таблицы; металлы пребывают в центре и слева, а более тяжелые – в нижних рядах (все они были в основном серого цвета, хотя один ряд – с медью, серебром и золотом – вносил некое цветовое разнообразие); неметаллы, более разнообразные по цвету и структуре, располагаются в верхнем правом углу.

И с этого момента я начал собирать свою собственную коллекцию. Что оказалось совсем не простым делом. Очень немногие элементы можно найти в природе в чистом виде. Как правило, они пребывают в связанном состоянии в минералах и рудах. Поэтому я стал рыскать по дому, пользуясь плодами столетий, на протяжении которых человек выделял их из упомянутых руд и пускал в дело. Я разбивал перегоревшие лампочки, с хирургической тщательностью извлекал вольфрамовые нити, а затем помещал их в маленький стеклянный пузырек. Алюминий я отыскал на кухне в форме фольги, медь принес из гаража в виде электрического провода. Иностранную монетку, которая, как мне сообщили, была изготовлена из никеля, – не как американский «никель» – десятицентовик, в составе которого, как мне было хорошо известно, в основном, медь, – я распилил на несколько кусочков неправильной формы. В таком виде монетка обладала для меня гораздо большей ценностью. Она становилась как бы ближе к своему исходному состоянию. Я обнаружил, что у моего отца с юности сохранилась золотая фольга, которую он когда-то использовал для оформления. Я извлек фольгу из ящика, где она пролежала в полной темноте 30 лет, и она вновь ярко заблистала у всех на виду.

Моя коллекция обладала целым рядом преимуществ по сравнению с тем, что я видел в Музее науки. Я мог не только рассматривать образцы с близкого расстояния, но и прикасаться к ним, ощутить их тяжесть. Маленький блестящий слиток олова, который мне удалось отлить в керамической ванночке из расплавленного припоя, оказался на удивление тяжелым. Я мог, ударив свои образцы о стекло, оценить характеристики звука, который они издают. Серу – лимонного цвета с блестками – можно было лить и мешать, как расплавленный сахар. С моей точки зрения, ее красоту ничуть не портил резковатый запах. Об этом запахе мне напомнила баночка серы, приобретенная в лавке для садоводов; серу используют с целью дезинфекции парников и оранжерей. Сейчас, когда я печатаю лежащий перед вами текст, от моих пальцев исходит суховатый древесный аромат, в котором для меня нет абсолютно ничего дьявольского; что бы там ни утверждалось в Библии, он просто вызывает воспоминания о моем детском экспериментаторстве.

С другими элементами меня ожидало намного больше работы. Цинк и углерод я взял из батареек. Цинк – из оболочки, служащей в качестве одного из электродов, а углерод – из графитового стержня, каковой выступает в роли другого электрода. Точно таким же образом я получил и ртуть. Более дорогие ртутные батареи использовались в различных электронных устройствах. Ко времени окончания их срока службы оксид ртути, источник питания, превращался в металлическую ртуть. Я ножовкой срезал концы батарей, а остатки вещества собирал в колбу. С помощью нагревания колбы я выделял металл, внимательно наблюдая за тем, как крошечные сверкающие капельки конденсируются из густых ядовитых паров, а затем собираются в одну крупную подвижную серебристую каплю. (В настоящее время такие эксперименты – так же как и подобные батареи – запрещены из соображений безопасности.)

В те наивные времена некоторые из элементов можно было приобрести в обычной аптеке. Таким образом я получил йод. Другие достал у поставщика химических веществ в Тоттенхэме, задолго до того закрывшего свой бизнес из-за ограничений на продажу соединений, рассматривавшихся как возможный материал для изготовления бомб, ядов и многих других жутких вещей. И хотя родители с радостью поощряли мои увлечения и всегда готовы были отвезти меня туда, сама поездка в дальний конец Севен-Систерз-роуд в старенькую лавку под постоянно сотрясающимся от грохота железнодорожным переездом, в которой стоял специфический химический аромат, отдавала неким тайным заговором.

Таким образом, создание моей собственной таблицы Менделеева активно продвигалось вперед. Я расчертил на прямоугольники кусок фанеры и повесил его на стене у себя в спальне. Затем поместил имеющиеся у меня образцы в одинаковые пузырьки и прикрепил их в соответствующие ячейки на фанере. Чистые элементы (в химическом смысле) сами по себе используются редко. В чем я очень скоро убедился. Вещества, которые применяются в разных сферах жизни, те, что вступают в реакции, взрываются или ярко окрашены, в основном представляют собой химические соединения элементов, но их я держал в шкафчике в ванной, где и проводил свои эксперименты. Элементы же я просто коллекционировал. Они привлекали меня своей загадочной упорядоченностью. У них было совершенно определенное начало, четкая последовательность, и, вероятнее всего, должен был быть и конец. (Тогда я мало что знал о напряженной холодной войне, что велась между американскими и советскими учеными, изо всех сил пытавшимися опередить друг друга в синтезе новых элементов за пределами того набора из 103 ячеек, который прочно сидел у меня в памяти.) Как коллекционер, я стремился к одной цели, какой бы недостижимой она ни была в реальности: заполнить все позиции таблицы. Однако это было не просто коллекционирование ради коллекционирования. Заполняя прямоугольники на своей доске, я собирал кирпичики, из которых состояла вселенная, окружающий меня мир. Моя коллекция не имела ничего общего с фальшью филателии и прочих распространенных вариантов коллекционирования, в которых правила игры устанавливаются по прихоти самих коллекционеров или, что совсем уж чудовищно, компаний-производителей вожделенных объектов собирательства. Моя коллекция была фундаментальной. И объекты ее были частью вечности. Они возникли в первые мгновения после Большого Взрыва и будут существовать еще невообразимо долго после того, как исчезнет человечество, а за ним и вся жизнь на Земле, и даже после того, как сама наша планета будет поглощена своим собственным взрывающимся красным солнцем.

Такова была система мира, которую я предпочел всем остальным, – система, полнотой не уступавшая многим другим. История, география, законы физики, литература – все они представляют собой всеохватывающий образ мира со своей точки зрения. Все, что происходит, происходит в истории, в какой-то географической местности и в конечном итоге сводимо к взаимодействию энергии и материи. Но кроме того, все происходящее, в материальном смысле слова, складывается из элементов: Великая рифтовая долина, Поле золотой парчи[1], ньютоновская призма, «Мона Лиза» – все они состоят из элементов.

В школе примерно в то же самое время мы читали «Венецианского купца». Однажды на уроке я должен был изображать Бассанио; роль, собственно, не такая уж и плохая, но я очень не любил читать вслух. И вот мы подошли к той сцене, где Бассанио предстоит выбрать один из трех ларцов с тем, чтобы в случае правильного выбора получить руку Порции. Пока несчастный ученик, которому выпало читать за Порцию, что-то невнятно бубнил, я с ужасом ждал своей очереди. «Позвольте выбрать; Жить так, как я живу, ведь это пытка»[2], – наконец произнес я без всякого чувства. Затем мне следовало выбрать между воображаемыми ларцами. Никто бы не смог ничего понять о персонаже, который я представлял, из моего лишенного всяких интонаций монотонного чтения. Вначале я отверг «золото блестящее», затем и серебро, «посредник тусклый, пошлый / Между людьми»[3], и в конце концов остановил свой выбор на «простом свинце». И тут что-то у меня в голове щелкнуло. Три элемента! Шекспир был химиком? (Позже я обнаружил, что химиком был Т. С. Элиот, он занимался химической спектроскопией. В «Бесплодной земле» он рисует яркий образ усеянной гвоздями корабельной древесины зеленой от меди и оранжевой от натрия, которого много в морской соли.)