Как таблица Менделеева пережила войну и обеспечила будущее химии

У вас есть полный доступ к этой статье через ваше учреждение.

Гафний — переходный металл, названный в честь латинского названия Копенгагена (Hafnia), где этот элемент был открыт. Автор фото: Клаудия Килман/Алами

Гафний не является особенно примечательным элементом. Это не взрывной натрий, мерцающая ртуть или вонючая сера. Это сероватый металл, который обычно используется в качестве поглотителя нейтронов в управляющих стержнях атомных электростанций и атомных подводных лодок, а также в качестве изолятора в компьютерных чипах. Но открытие гафния, о котором сообщалось в журнале Nature сто лет назад на этой неделе1, имело непропорционально большое значение. Элемент был идентифицирован двумя учеными, работавшими в Копенгагене: голландским физиком Дирком Костером и венгерским химиком Георгом фон Хевеши. Эта находка обеспечила не только наследие таблицы Менделеева, но и будущее химии. Гафний также стал олицетворением с трудом завоеванной победы над теми, кто решил подорвать научно обоснованные открытия.

Периодическая таблица элементов Дмитрия Менделеева, созданная в 1869 году, возникла в результате осознания того, что химические элементы, такие как кислород и водород, имеют определенные отношения. Вклад Менделеева и немецкого химика Юлиуса Лотара Мейера, работавшего независимо, обеспечили порядок элементов, а также критерии для их классификации в аккуратные группы. Примечательно, что схемы Менделеева и Лотара Мейера были основаны на субатомной структуре элементов — за несколько десятилетий до открытия электронов и протонов.

Когда Менделеев разработал приблизительную форму таблицы Менделеева, он начал с 63 известных элементов. Чтобы таблица работала, ему пришлось оставить пробелы, в которых можно было разместить еще не обнаруженные элементы. Эти элементы вскоре начали проявляться. Например, предсказанный «элемент 68», галлий, был идентифицирован несколько лет спустя, в 1875 году. К 1914 году осталось всего семь пробелов.

Прорыв произошел в 1913 году, когда Генри Мозли, британский физик, показал, что элементы можно расположить по их атомному номеру или числу протонов. Работа Мозли предоставила как более точную «карту пробелов», так и метод идентификации элементов по спектрам, полученным в результате воздействия на элементы-кандидаты рентгеновских лучей.

Битва за последние дополнения к таблице Менделеева

Но открытие (и название) 72-го элемента, гафния, было далеко не простым. В 1911 году французский химик Жорж Урбен первоначально предположил, что элемент 72 принадлежит к числу редкоземельных элементов таблицы Менделеева, и назвал его целлием. Но примерно десять лет спустя датский физик Нильс Бор, который использовал квантовую теорию для разработки модели атома, в котором электроны вращаются вокруг ядра, предсказал, что элемент 72 будет среди переходных металлов и ближе к цирконию (элемент 40). В конце концов это подтвердили Костер и фон Хевеши, оба работавшие в лаборатории Бора в Копенгагене, которые искали элемент2 в минералах циркония. Дуэт назвал свое открытие гафнием, в честь латинского названия Копенгагена. Они получили рентгеновские спектры в декабре 1922 года, а их статья1 последовала в январе 1923 года.

Но это был далеко не конец спора, поскольку Урбен упорно отказывался сдаваться, хотя его уже предупредили, что материал, который он назвал целтием, не соответствует критериям элемента 72. В 1914 году Мозли и Урбен сотрудничали. на неопубликованном рентгеновском исследовании, которое не смогло доказать, что целлий является 72-м элементом. Урбен объяснил это, заявив, что рентгеновский метод просто недостаточно чувствителен3 - оценка, которую уроженец Новой Зеландии физик Эрнест Резерфорд в своей статье в журнале Nature , согласен с 4. Урбен также предположил, что копенгагенская команда пыталась присвоить себе его работу5; В своем ответе Костер и фон Хевеши отказались персонализировать спор и спорили на основании полученных результатов6.

Дебаты продолжались: ученые из Нидерландов, Германии и Скандинавии выступили на стороне копенгагенской команды, в то время как ученые из Франции и Великобритании (которые поддерживали бойкот немецкой науки после Первой мировой войны) заняли противоположную позицию. . Гафний был принят Международным союзом теоретической и прикладной химии только в 1930 году, через несколько лет после формального прекращения бойкота. Во Франции цельций продолжал занимать место 72-го элемента среди редкоземельных элементов до начала 1940-х годов2.