Матвей Бронштейн - Солнечное вещество
Рамзай разобрал свой спектроскоп, протер замшевой тряпочкой призму, проверил щель. Все было в полном порядке. И все-таки, когда он вновь собрал спектроскоп, желтая линия загорелась на прежнем месте. Она не хотела уходить. Она не была привидением.
Как же в конце концов проверить — совпадает ли эта желтая линия с желтой линией натрия?
Рамзай нарочно ввел в трубочку немножко натрия, снова запаял ее и принялся рассматривать спектр.
Прежняя желтая линия осталась на месте, но рядом с ней появилась другая, на этот раз настоящая линия натрия.
Теперь уж больше не оставалось ни малейших сомнений в том, что первая желтая линия принадлежит не натрию, а какому-то другому веществу. Но какому же?
Рамзай перебрал в памяти спектры всех известных ему веществ. Ничего подходящего он не мог припомнить. Наконец после долгих размышлений он вспомнил о той желтой линии D3, которую открыли Жансен и Локьер тридцать лет назад. По своему расположению в спектре она как будто совпадает с загадочной желтой линией, которую нашел Рамзай. А если это так, то газ, выходящий из клевеита, не азот, не аргон, а солнечный газ — гелий.
У Рамзая не было приборов, чтобы точно определять положение линий в спектре. Поэтому он послал спектроскопическую трубочку с новым газом лондонскому физику Уильяму Круксу — одному из лучших тогдашних специалистов по спектроскопии. Осторожный в своих научных выводах, Рамзай утаил от Крукса свое предположение, что найденный им газ — это гелий. Он написал только, что нашел какой-то новый газ, который предлагает назвать «криптоном», и просит Крукса тщательно определить положение всех линий в спектре нового газа.
Крукс пропустил через криптон электрический ток. И вот в спектроскопе вспыхнула та самая желтая линия гелия, которую Жансен и Локьер нашли в спектре солнечных выступов.
Значит, в присланной от Рамзая трубочке находится то самое таинственное вещество, которого не держал в руках ни один человек на земле.
Крукс послал Рамзаю городскую телеграмму. В ней было всего несколько слов:
Crypton is Helium. Come and see it. Crookes
По-русски это означает: «Криптон — это гелий. Приезжайте — увидите. Крукс».
Так был найден на Земле гелий, найденный на Солнце за двадцать семь лет перед тем.
Рамзай немедленно приехал в лабораторию Крукса, и они вместе занялись подробным изучением спектра гелия. Кроме желтой линии D3, они обнаружили в спектре гелия еще пять линий: две красные, одну зеленую, одну синюю и одну фиолетовую. Эти линии не были замечены астрономами потому, что в спектре солнечных выступов они горят недостаточно ярко. Гелий, найденный на Земле, дал ученым возможность полнее и подробнее рассмотреть его спектр.
После измерений Крукса уже нельзя было сомневаться в том, что найденный Рамзаем газ есть действительно гелий[10].
В тот же день — 23 марта 1895 года — Рамзай решился опубликовать свое открытие. Он послал короткое сообщение Лондонскому Королевскому обществу (так называется высшее научное учреждение в Англии) и одновременно написал письмо известному французскому химику академику Вертело с просьбой сообщить Парижской академии наук об открытии гелия на Земле.
В истории открытий бывают странные совпадения.
Через две недели после Рамзая другой химик, швед Ланглей, тоже добыл гелий, тоже из клевеита, и сообщил о своем открытии тому же академику Вертело. Письмо его было помечено 8 апреля 1895 года.
НОВАЯ ЗАДАЧА
Как только Рамзай добыл из клевеита гелий, он сейчас же стал проделывать с ним разнообразные опыты. Ведь он был первый химик на свете, которому посчастливилось держать в руках солнечное вещество.
Гелий, открытый на Солнце, нельзя было взвешивать. Астрономы только догадывались, что это один из легчайших газов. Рамзай впервые взвесил гелий. Он убедился, что астрономы были правы: гелий и в самом деле оказался очень легким газом. Изо всех газов один только водород легче гелия, а все другие тяжелее. Воздух тяжелее гелия почти в семь раз.
Потом Рамзай решил испытать, может ли гелий химически соединяться с другими веществами.
Он перепробовал множество веществ, но ни с одним из них гелий не захотел соединяться.
Значит, гелий тоже ленивый газ, как и аргон.
А если так, то не поискать ли его в воздухе? Ведь газ, который не желает соединяться с другими веществами, непременно уйдет в воздух. Даже если он находится в недрах земли, в горных породах, то и тогда проберется он в атмосферу по трещинкам и порам.
Как же узнать, есть ли в атмосфере гелий? Как добыть гелий не из редкого минерала клевеита, а из самого обыкновенного воздуха?
Если правда, что гелий растворен в воздухе, то есть только один способ извлечь его оттуда.
Нужно удалить из воздуха все другие газы — убрать кислород, убрать азот, убрать аргон. То, что останется, это, верно, и будет гелий.
Но как же это сделать? Как удалить из воздуха кислород, азот и аргон?
Кислород удалить нетрудно. Рамзай знал, что раскаленная медь поглощает кислород, присоединяет его к себе. Батарея фарфоровых трубок, наполненных раскаленными медными опилками, — вот прибор для удаления кислорода из воздуха. Насосы гонят воздух по трубкам — из одной в другую, — и по дороге кислород застревает в раскаленных опилках. И вот из батареи в закрытый сосуд, в газометр, течет уже не воздух, а воздух минус кислород, воздух, освобожденный от кислорода.
После кислорода легко убрать и азот. Тут уж не медь нужна, а другой металл — магний. Нужно взять такие же фарфоровые трубки, но наполнить их не раскаленной медью, а раскаленным магнием. Из второй батареи в газометр будет вытекать не воздух, а воздух минус кислород и минус азот.
Ну а как быть с аргоном? Ведь аргон ленивый газ: он не соединится ни с магнием, ни с медью. Нет такого раскаленного металла, который мог бы впитать в себя аргон. Он пройдет через обе батареи и не застрянет в пути.
И гелий тоже ленив, он тоже не застрянет в раскаленных опилках. Вместе с аргоном он проскочит через обе батареи.
Как же отделить гелий от аргона? Как из смеси аргона с гелием добыть чистый гелий?
Рамзай долго ломал себе голову над этой задачей. Если бы можно было найти такое вещество, которое соединяется с аргоном, но не с гелием, — тогда задача была бы решена. Аргон застрял бы в этом веществе, как раньше застряли кислород и азот, и в газометре остался бы чистый гелий.
Но ведь в том-то и беда, что такого вещества в природе нет. Ни одно вещество не соединяется с ленивым газом аргоном.
Значит, аргон нельзя удалить тем же способом, каким были удалены кислород и азот. Задача казалась неразрешимой.
КЛЮЧ К РЕШЕНИЮ
Только после долгого раздумья Рамзай понял, что ему делать. Он вспомнил, как поступают химики, когда из смеси спирта с водой нужно добыть чистый спирт.
Спирт испаряется быстрее, чем вода. Этим-то и пользуются химики. Они нагревают смесь. Первые порции пара, поднимающиеся над
жидкостью, — это пары чистого спирта. Следующие порции — это смесь паров воды и паров спирта. А последним идет уже чистый водяной пар.
С первыми порциями пара дела немного. Стоит охладить этот пар, и он сразу превратится в чистый спирт.
А вот со следующими порциями, со смесью паров, возни больше. Их тоже собирают, тоже охлаждают, но в холодильник теперь уже течет не чистый спирт, а смесь воды и спирта. Эту смесь снова пускают в перегонный аппарат, снова нагревают, и вот опять поднимаются пары — сперва пары чистого спирта, а за ними и смесь, которую еще раз пускают в перегонку. И вся эта история повторяется до тех пор, пока не удается окончательно разлучить воду со спиртом.
Этот хлопотливый, но верный способ отделения одной жидкости от другой называется у химиков дробной перегонкой.
На этот раз Рамзай решил отделить дробной перегонкой гелий от аргона.
Но разве это возможно? Ведь дробной перегонкой химики разлучают жидкости, а гелий и аргон — газы.
Рамзай доказал, что это возможно. Нужно только превратить воздух в жидкость, а потом дать ему испариться. При перегонке составные части воздуха будут уходить из него не все сразу, а по очереди: сперва уйдет та, которая легче всего испаряется, а за ней и другие, которые испаряются медленнее.
Так дробная перегонка поможет отделить гелий от аргона.
Значит, остановка только за тем, чтобы сделать воздух жидким.
Для этого нужен очень большой холод: при 192 градусах ниже нуля воздух превращается в жидкость.
Нигде на Земле такого мороза не бывает. Но люди научились создавать его сами. Мороз в -192 градуса производят особые холодильные машины.
Почти в каждой хорошо оборудованной лаборатории вы найдете в наше время холодильную машину. Но в те времена, когда Рамзай занимался поисками гелия в воздухе, в целом мире существовали всего лишь три-четыре лаборатории, в которых сложными и громоздкими способами добывался жидкий воздух.
