Наверное, многие читатели знают стих про то, как семь металлов создал свет по числу семи планет, но менее известно то, что алхимики предполагали, что невидимые лучи каждой из планет позволяют рудам металлов расти в недрах Земли таким же образом, как лучи Солнца помогают расти цветам и деревьям. Считалось, скажем, что связь Марса и железа не просто символична, а Марс помогает железным рудам, ну и т.д.
К сожалению сторонников такого нумерологического подхода к естествознанию и горному делу, число металлов через некоторое время перевалило за семь – были обнаружены сурьма, висмут, цинк и кобальт. Приверженцы старой нумерологической школы вывернулись, сказав, что обнаруженные элементы нельзя считать металлами, однако открытие платины сделало ее на какое-то время восьмым фундаментальным металлом. Открытие металлов продолжалось, а в 1781 году стройная система 7 на 7 пострадала и с другой стороны – английский астроном Уильям Гершель обнаружил новую планету, которую назвал Ураном. В честь этого открытия в 1789 году Клапрот назвал открытый им новый металл ураном. Ну а в 1798 году, когда Клапроту выпал очередной шанс дать название новому элементу, он назвал его в честь единственной планеты Солнечной системы, которая доселе не была связана «именными узами» – в честь Земли. По древней мифологии Теллус (или Теллура, или Терра, или Гея) была матерью-богиней Земли (и женой Урана – бога небес). Так появилось название «теллур».
53. Йод
В 1811 году молодой французских химик, работая в своей парижской лаборатории, открыл новый элемент. Отцовское предприятие Бернара Куртуа занималось производством селитры, которая во времена Наполеоновских войн (как, впрочем, и несколькими веками ранее и до конца XIX века) применялась в производстве дымного пороха.
Семейные традиции предписывали получать селитру из древесной золы, однако войны привели к нехватке древесины, и было решено сжигать морские водоросли, которых на северном побережье Франции всегда было в избытке. Когда Куртуа добавил к золе водорослей концентрированную серную кислоту, он наблюдал выделение фиолетовых паров, которые, конденсируясь на внутренней стороне контейнера, образовывали чёрно-фиолетовые кристаллы. В некоторых интернет-источниках написано, что серную кислоту на золу опрокинул кот, но сдается мне, что эта подробность добавлена сторонниками реставрации культа древнеегипетской кошкобогини Баст, которых немало в интернете в последнее время.
Изумлённый наблюдениями Куртуа отправил образцы кристаллов наиболее именитому французскому химику того времени – Жозефу Гей-Люссаку. Гей-Люссак подтвердил открытие нового элемента и назвал его йодом (от греческого «фиолетовый»). Куртуа продолжил эксперименты с йодом и вскоре обнаружил интересную деталь – обработка кристаллов йода концентрированным аммиаком давала вещество коричневого цвета, которое после сушки взрывалось от любого прикосновения. Куртуа не пострадал от действия обнаруженного им йодистого азота, однако его современник Пьер Дюлон, работая с этими кристаллами, потерял глаз и несколько пальцев, став первой жертвой этого капризного материала.
Вскоре было обнаружено, что йод токсичен, а его раствор в спирте может останавливать воспаление, и йодную настойку начали применять для дезинфекции ран и царапин. И в наши дни, несмотря на появление новых дезинфицирующих агентов, йодная настойка продается в аптеках, и, увы, многие считают, что это и есть йод (на самом деле йод – черно-фиолетовые кристаллы, а в аптеках продается 2%-ный раствор йода в спирте). Нелишне напомнить, что при обработке ран и порезов йодной настойкой не стоит мазать ей сами поврежденные ткани, нужно обработать только края раны – йод, хотя и является самым инертным из галогенов, всё же достаточно активный неметалл, и его попадание в рану может вызвать химический ожог и замедлить заживление.
Уже через пару лет после открытия йода женевский врач Жан-Франсуа Кванде предположил, что появление эндемического зоба, связанное, как мы знаем сейчас, с неправильной работой щитовидной железы, обусловлено недостатком йода в пище. Кванде тут же решил проверит свою догадку (ставить медицинские эксперименты в том время было просто – комитетов по этике еще не придумали, да и письменное согласие у участника эксперимента брать не требовалось). Он начал заставлять своих испытуемых принимать йодную настойку внутрь чайными ложками (вообще у участников таких экспериментов должны были бы наблюдаться химические ожоги слизистой оболочки рта и пищевода, но история об этом умалчивает). Через 6–10 недель перорального приема спиртового раствора йода зоб у пациентов действительно уменьшался в размере, а иногда и исчезал, однако, заметив этот прогресс в лечении, коллеги Кванде обвинили его в том, что он лечит не конвенционными пиявками и нюхательными солями, и вообще – не лечит, а травит пациентов. Возможно, осложнения после лечения у пациентов Кванде были, поскольку коллективное обвинение коллег Кванде подействовало, и вскоре врач-экспериментатор боялся выйти на улицу.
Однако жизнь показала, что Кванде был на правильном пути. Уже в XIX веке эффективность работы щитовидной железы была соотнесена с йодом, вот только оказалось, что лечить образование зоба нужно менее опасным для здоровья, чем элементарный йод, йодидом калия (йодид калия входил в состав антиструмина, который в школе нам каждую неделю давали бесплатно, он же входит в состав совершенно не бесплатного йодомарина). В начале 1920-х некоторые кантоны Швейцарии первыми в Европе начали использовать йодированную соль для профилактики заболеваний щитовидной железы (в йодированную соль добавляют йодат калия, который в организме превращается в йодид), это успешный опыт переняла Европа, и скоро слово «кретинизм» (гормональное заболевание, вызываемое нарушениями работы щитовидной железы, выраженным снижением функции щитовидной железы, отличающееся задержкой физического и умственного развития) стало из медицинского термина простым ругательством.
54. Ксенон
Как уже упоминалось выше, Уильям Рамзай и его ассистент Моррис Уильям Траверс открыли три инертных газа в ходе одного эксперимента в 1898 году.
Первоначально Траверс предложил дать новому элементу название, опираясь на голубую окраску его спектральной линии, однако к тому времени был открыт цезий, название которого уже было дано по голубой спектральной линии (к тому же в Периодической системе новый инертный газ и цезий оказывались соседями). В конечном итоге Рамзай и Траверс сошлись на названии «ксенон» от греческого «ксенос» – чужой или странный. Вряд ли, давая это название, они предвидели, каким странным станет этот элемент – первый благородный газ, «потерявший благородство», благородный газ, который будет интенсивно работать в грузоперевозках – освещать дорогу автомобилям и помогать запуску космических кораблей.
Траверсу и Рамзаю потребовалось несколько месяцев, чтобы получить чистый ксенон и измерить его плотность и атомную массу. Это неудивительно – ксенон наименее распространён в атмосфере. Так, окружающий нас воздух содержит 1% аргона по объему, 18 миллионных долей неона, 5 миллионных долей гелия, одну миллионную долю криптона и только 0,09 миллионных долей ксенона – в 100 м3 воздуха содержится около 9 см3 ксенона. Естественно, что это делает ксенон самым дорогим из инертных газов (имеется в виду, обладающих стабильными изотопами), и в России ежегодно из воздуха получают всего лишь 1500 м3 чистого ксенона.
Хотя ксенон и образует химические соединения, применяется он все же как простое вещество. Несмотря на высокую стоимость, ксенон незаменим в ряде случаев. Ксенон используют для наполнения ламп накаливания (высокая атомная масса газа в колбах ламп препятствует испарению вольфрама с поверхности нити накаливания) и мощных газоразрядных источников света. Ксенон как в чистом виде, так и с небольшой добавкой паров цезия, является рабочим телом для электрореактивных (главным образом – ионных и плазменных) двигателей космических аппаратов. Принцип работы двигателей заключается в том, что при ионизации атомы ксенона разгоняются до скорости около 30 километров в секунду и, вылетая из сопла двигателя, двигают космический аппарат в противоположном направлении.
Ксенон стал первым инертным газом, который показал, что не такой уж он и инертный. В марте 1962 года химик Нил Барлетт, родившийся в Ньюкасле (Великобритания) и успевший за свою жизнь поработать и в Британии, и в Канаде, и в США, получил первое соединение инертного газа. Первоначально Барлетт обнаружил, что смесь газообразных кислорода и гексафторида платины реагировала с образованием твердого красного вещества – гексафторплатината дикислорода, O2+[PtF6]−. Сопоставив энергии ионизации молекулярного кислорода (1175 кДж/моль) и ксенона Xe (1170 кДж/моль), он попросил у коллег-физиков ксенон для эксперимента и, смешав газообразные ксенон и гексафторид платины, получил первое производное ксенона – гексафторплатинат ксенона – Xe+[PtF6]−. Сейчас список производных ксенона и криптона довольно широк, и термин «химия благородных газов» уже не звучит как оксюморон.
Нерадиоактивный нуклид 129Хе, на который приходится почти четверть природного ксенона, является идеальным контрастом для МРТ. Обычно аппараты магнитно-резонансной томографии позволяют определять ядра водорода, что достаточно для большинства биологических тканей, но бесполезны для того, чтобы узнать, что происходит в лёгких. Ксенон-129 может быть не только легко обнаружен в лёгких, но и при его растворении в крови, что позволяет следить за работой лёгких в режиме реального времени.
С 1 сентября 2014 года Всемирное антидопинговое агентство добавило ксенон и аргон в Список запрещенных веществ и методов подготовки спортсменов, причисляя их к допингам. Трудно представить, что химически инертные благородные газы могут улучшить спортивный результат, но тем не менее ксенон проявляет определенную биологическую активность – известно, что он повышает способность крови переносить кислород. Аргон, как полагается, работает таким же образом.