А вот как распределились открытия химических элементов по странам.
Максимум приходится на Швецию: 23 химических элемента было обнаружено учеными этого государства. Сюда относятся (в хронологическом порядке): кобальт (1735), никель (1751), фтор (1771), хлор (1774), марганец (1774), барий (1774), молибден (1778), вольфрам (1781), иттрий (1794), тантал (1802), церий (1803), литий (1817), селен (1817), кремний (1823), торий (1828), ванадий (1830), лантан (1839), тербий (1843), эрбий (1843), скандий (1879), гольмий (1879) и тулий (1879). В данном перечне много редких и редкоземельных элементов, и это не случайно. В Швеции в XVIII в. была сильно развита металлургическая промышленность, а это требовало поисков новых месторождений железных руд. Попутно, а часто и независимо, обнаруживались новые минералы, содержащие, как оказывалось, неизвестные ранее элементы. Кроме того, химико-аналитический метод исследования стоял в Швеции на высоком уровне. Это опять было связано с необходимостью анализа большого количества минералов и руд. Не случайность, а практические потребности сделали Швецию первой страной по числу открытых ее учеными химических элементов.
Второй стала Англия. Английские ученые в обшей сложности обнаружили 20 элементов: водород (1766), азот (1772), кислород (1774), стронций (1787), ниобий (1801), палладий (1803), родий (1804), осмий (1804), иридий (1804), натрий, калий (1807), магний, кальций (1808), таллий (1861), аргон (1894), гелий (1895), неон (1898), криптон, ксенон (1898), радон (1900). На примере Англии отчетливо видна связь между открытиями элементов и общей направленностью научных исследований. В Англии, на родине пневматической химии, были обнаружены разновидности воздуха, оказавшиеся впоследствии элементарными газами атмосферы — водородом, азотом и кислородом. Спустя сто с лишним лет в Англии же сложилась благоприятная ситуация для открытия благородных газов (в данном случае выдающуюся роль сыграла личность конкретного ученого — В. Рамзая). В начале XIX в. больших успехов достигла в стране электрохимия, и это способствовало удачной работе Г. Дэви. Он получил в свободном виде натрий, калий, магний и кальций. Открытие четырех платиновых металлов связано с прогрессом исследований сырой платины в Англии.
Третье место занимает Франция. Ученые этой страны открыли 15 элементов: хром (1797), бериллий (1798), бор (1808), иод (1811), бром (1826), галлий (1875), самарий (1879), гадолиний (1886), диспрозий (1886), радий (1898), актиний (1899), европий (1901), лютеций (1907), франций (1939). Неудивительно, что радиоактивные элементы Ро, Ra, Ас были открыты французскими учеными. Это произошло в русле пионерских работ по изучению явления радиоактивности. Великолепный мастер спектрального анализа П. Лекок де Буабодран с помощью этого метода констатировал существование четырех новых элементов: галлия и трех редких земель — самария, гадолиния и диспрозия. Обнаружение хрома и бериллия было делом рук Л. Воклена — настолько искусного химика-аналитика, что было бы несправедливо, если бы он не подарил миру ни одного нового химического элемента.
Статистика открытий элементов на четвертое место ставит Германию (10 элементов): цирконий (1789), уран (1789), титан (1795), кадмий (1817), цезий (1860), рубидий (1861), индий (1863), германий (1886), протактиний (1918), рений (1925). Три фактора сыграли роль в этих открытиях: блестящее мастерство химика-аналитика М. Клапрота (Ti, Zr и U); разработка метода спектрального анализа (Cs, Rb и In); широкое развитие рентгеноспектральных исследований (Re).
Три элемента — теллур (1782), празеодим (1885), неодим (1885) — были открыты в Австрии, два — в Дании: алюминий (1825) и гафний (1923). Один элемент — рутений — был открыт в России в 1844 г. Однако нужно сказать, что русские химики, получив известия об открытии многих новых элементов, выделяли их из природного сырья и изучали их свойства (платиновые металлы, хром, стронций). Отечественные химики по разным причинам не внесли большого вклада в открытие химических элементов, существующих в природе. При этом нельзя забывать, что естественная классификация элементов, их периодическая система была разработана нашим соотечественником Д. И. Менделеевым, а это было делом гораздо более сложным, чем открытие нескольких новых элементов.
Нет ничего удивительного в том, что подавляющее большинство элементов, существующих в природе, было обнаружено учеными четырех стран: Англии, Германии, Франции и Швеции, где химические исследования находились на очень высоком уровне. Там были получены многие важные научные результаты, способствовавшие открытию новых химических элементов.
О том, как распределяются открытия в области синтезированных элементов, мы уже говорили (на с. 215). Здесь отметим, что наиболее сложные синтезы трансурановых элементов с Z, равным 102–107, впервые достоверно осуществлены в Советском Союзе.
Интересен и такой вопрос: какими темпами шло обнаружение новых химических элементов в разные периоды времени? Для удобства возьмем временной интервал с 1750 (примерная дата начала химико-аналитических исследований) по 1925 г. (открытие последнего стабильного элемента — рения) и разобьем его на периоды по 25 лет каждый. Пользуясь данными из сводной хронологической таблицы, составим таблицу (табл. 5), отражающую темпы обнаружения новых элементов.
Таблица 5
| Годы | Открытие элементов и их число | Общее число известных элементов |
|---|---|---|
| До 1750 | 16 (С, Р, S, Fe, Со, Си, Zn, As, Ag, Sn, Sb, Pt, Au, Hg, Pb, Bi) | 16 |
| 1751–1775 | 8 (H, N, O, F, Cl, Mn, Ni, Ba) | 24 |
| 1776–1800 | 10 (Be, Ti, Cr, Y, Zr, Mo, Те, W, U, Sr) | 34 |
| 1801–1825 | 18 (Li, B, Na, Mg, Al, Si, K, Ca, Se, Nb, Rh, Pd, Cd, I, Ce, Ta, Os, Ir) | 52 |
| 1826–1850 | 7 (V, Br, Ru, La, Tb, Er, Th) | 59 |
| 1851–1875 | 5 (Rb, In, Cs, Tl, Ga) | 64 |
| 1876–1900 | 19 (He, Ne, Ar, Sc, Ge, Kr, Xe, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Ho, Tu, Yb, Po, Ra, Ac, Rn) | 83 |
| 1901–1925 | 5 (Eu, Lu, Hf, Re, Pa) | 88 |
Из этой сводки можно видеть, что два двадцатипятилетних промежутка времени оказались особенно примечательными в смысле открытия новых элементов. Первый промежуток охватывает 1801–1825 гг., на протяжении которых список элементов возрос на 18 названий. Объяснить причину этого не составляет труда, ведь то было время подлинного расцвета химико-аналитического метода исследования, находившегося в руках таких выдающихся мастеров, как М. Клапрот, И. Берцелиус и др. Рядом следует поставить Г. Дэви, который ввел в практику электрохимический метод, сразу приведший к выделению нескольких щелочных и щелочноземельных металлов. Второй пик открытий (как легко догадаться, глядя на символы 19 элементов, обнаруженных в этот период) связан с развитием спектрометрического и радиометрического методов, а также с прогрессом химии редких земель. Зато на полвека, разделяющие эти промежутки (1825–1875), приходится всего лишь 12 открытий новых элементов. Это объясняется просто. Химико-аналитический метод, грубо говоря, подбирал остатки, обнаруживая те элементы, зафиксировать существование которых он еще был в силах. Спектральный же анализ, напротив, только проверял свои возможности: у него все еще было впереди. Наконец, в первой четверти XX в. было открыто лишь 5 элементов, но это не свидетельствует о каких-либо ограниченных возможностях науки, а говорит о том, что природная кладовая новых элементов оказалась фактически исчерпанной.
Предшествующие рассуждения при строгом подходе обнаруживают одно слабое место, которое до известной степени снижает их ценность. Они опираются на данные сводной хронологической таблицы открытий элементов, на приведенные в ней (там, где их вообще возможно привести) даты открытий. Однако эти даты характеризуют различные события в истории открытия элементов, иначе говоря, имеют различную значимость.
Простые примеры убеждают в этом. Возьмем три галогена: фтор, хлор и бром. Датой открытия фтора считается 1771 г., когда К. Шееле выделил соединение, впоследствии оказавшееся плавиковой кислотой. Но только А. Лавуазье, спустя полтора десятилетия, предположил, что в ней содержится новый элемент, да притом еще и заблуждался, считая, что в состав кислоты входит кислород. Лишь в 1810 г. Г. Дэви и А. Ампер пришли к твердому убеждению, что плавиковая кислота есть соединение водорода с неизвестным элементом — фтором. И только в 1886 г. А. Муассан получил элемент в свободном состоянии. Вообще говоря, каждая из этих дат могла бы с достаточным основанием рассматриваться как дата открытия фтора. А выбранной оказалась наиболее неопределенная — 1771 г.: ведь К. Шееле толком не понял, что он нашел.
Хлор также обнаружил К. Шееле в облике дефлогистированной муриевой кислоты, но отнюдь не считал его простым веществом, хотя наблюдал выделение именно свободного галогена. Последнее обстоятельство делает дату «1774 год» более весомой по сравнению с принятой датой обнаружения фтора, когда ни о каком простом веществе не могло быть и речи. Решающее событие в истории открытия хлора — это установление Г. Дэви в 1810 г. его элементарной природы. Ведь считают же английского ученого автором открытия натрия, калия, магния и кальция, хотя эти элементы уже давным-давно известны были в виде соединений.
Зато иод — пример элемента, который не вызвал споров. Открытый сразу в виде простого вещества (1811), он был в короткое время хорошо изучен и признан родственником галогенов. Очевидно, что три даты — 1771, 1774, 1811 гг., записанные в сводной таблице как даты открытий трех родственных элементов, несут разную смысловую нагрузку.