Как периодическая таблица пережила войну, чтобы обеспечить будущее химии

Гафний в таблице МенделееваГафний не является особенно примечательным элементом. Это не взрывоопасный натрий, не мерцающая ртуть или вонючая сера. Это сероватый металл, который обычно используется в качестве поглотителя нейтронов в стержнях атомных электростанций и атомных подводных лодок, а также в качестве изолятора в компьютерных чипах. Но открытие гафния сто лет назад имело несоизмеримо большее значение. Этот элемент был идентифицирован двумя учеными, работавшими в Копенгагене: голландским физиком Дирком Костером и венгерским химиком Георгом фон Хевеши. Эта находка обеспечила не только наследие периодической таблицы, но и будущее химии. Гафний также стал олицетворять собой победу, с таким трудом одержанную над теми, кто стремился подорвать научно обоснованное открытие.Модель атома ГафнияПериодическая таблица элементов Дмитрия Ивановича Менделеева, созданная в 1869 году, возникла благодаря осознанию того, что такие химические элементы, как кислород и водород, имеют определенные взаимосвязи. Вклад Менделеева и немецкого химика Юлиуса Лотара Мейера, работавшего независимо, обеспечил порядок элементов, а также критерии для их классификации в стройные группы. Примечательно, что и схемы Менделеева и Лотара Мейера были основаны на субатомной структуре элементов - за несколько десятилетий до открытия электронов и протонов.Когда Менделеев разработал приблизительную форму периодической таблицы, он начал с 63 известных элементов. Чтобы таблица работала, он должен был оставить пробелы, в которые можно было бы поместить еще не открытые элементы. Эти элементы вскоре начали появляться. Например, предсказанный "элемент 68", галлий, был идентифицирован несколькими годами позже, в 1875 году. К 1914 году оставалось всего семь пробелов.Прорыв произошел в 1913 году, когда Генри Мозли, британский физик, показал, что элементы могут быть упорядочены по их атомному номеру, или числу протонов. Работа Мозли позволила получить более точную "карту пробелов" и метод идентификации элементов по спектрам, полученным при облучении элементов-кандидатов рентгеновскими лучами.Генри Мозли Но открытие (и присвоение названия) элемента 72, гафния, было не таким уж простым. Французский химик Жорж Урбен в 1911 году первоначально предположил, что 72-й элемент относится к редкоземельным элементам периодической таблицы, и назвал его цельтием. Но примерно десятилетие спустя датский физик Нильс Бор, использовавший квантовую теорию для разработки модели атома, в которой электроны вращаются вокруг ядра, предсказал, что элемент 72 будет относиться к переходным металлам и будет ближе к цирконию (элемент 40). Это окончательно подтвердили Костер и фон Хевези - оба работали в лаборатории Бора в Копенгагене - которые искали элемент в минералах циркония. Дуэт назвал свое открытие гафнием, в честь латинского названия Копенгагена. В декабре 1922 года они получили рентгеновские спектры, а в январе 1923 года последовала их статья.Но это был далеко не конец споров, потому что Урбен упорно отказывался сдаваться, даже несмотря на то, что у него уже были предупреждения о том, что материал, который он назвал цельтием, не соответствует критериям элемента 72. В 1914 году Мозли и Урбен сотрудничали в неопубликованном рентгеновском исследовании, которое не показало, что цельтий является элементом 72. Урбейн объяснил это тем, что рентгеновский метод просто недостаточно чувствителен - с такой оценкой согласился физик Эрнест Резерфорд, уроженец Новой Зеландии. Урбейн также предположил, что копенгагенская команда пытается присвоить себе его заслуги; в своем ответе Костер и фон Хевези отказались персонифицировать спор и аргументировали свои результаты.Дебаты продолжались, причем ученые из Нидерландов, Германии и Скандинавии были на стороне копенгагенской команды, а 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 официального окончания бойкота. Во Франции цельтий продолжал занимать место элемента 72 среди редкоземельных элементов до начала 1940-х годов.Спустя сто лет после открытия гафния периодическая таблица остается надежной и актуальной даже сейчас, когда огромное количество данных об элементе можно получить одним щелчком мыши. Таблица позволяет с первого взгляда понять, как элемент может вести себя в химической реакции, и определить его сходство с другими элементами в группе.На данный момент подтверждено 118 элементов, в 2015 году к ним добавились четыре сверхтяжелых синтетических элемента. Но обязательно наступит время, когда новых элементов не останется, и периодическая таблица достигнет своего предела. Пока нет единого мнения о том, когда это произойдет и какого размера будет последний элемент, но химики говорят, что его атомный номер может превысить 170.Когда это время наступит, периодическая таблица все равно останется, как карта, ведущая ученых через просторы химического пространства - все молекулы, которые когда-либо образовывались, и все те, которые еще предстоит открыть, будь то на Земле или в другой части Вселенной.