Теперь же перед нами безграничное пространство нового в науке, неисследованная страна благородного и плодородного вида, обетованная для науки земля».
Деви возобновил свою экспериментальную работу. В лаборатории красовался новый большой Вольтов столб, построенный на средства, собранные по добровольной подписке во время болезни. Была ночь, когда Деви сблизил два полюса батареи. Ослепительный свет на несколько секунд лишил его зрения.
Деви получил Вольтову дугу. Это был второй случай. Первую, шестью годами ранее, наблюдал в Петербурге профессор Петров.
Как всегда, Деви носился по лаборатории. Он принялся за решающий опыт с глиноземом. Деви разговаривал сам с собой:
— Где эта железная проволока? Ведь только-что я видел ее на столе.
Через несколько минут проволока найдена и накаляется в газовом пламени. Уже приготовлена на платиновой пластинке щепотка глинозема. Кусочек раскаленной железной проволоки светится в полумраке красной чертой. Деви осторожно вводит ее в бугорок глинозема. Электроды батареи прикоснулись к концам железной проволоки, я сверкающая Вольтова дуга сигнализирует ученому, что электрический ток ринулся на штурм глинозема. В огне Вольтовой дуги расплавилась окись алюминия, расплавилась и сама железная проволока.
Комок неизвестного вещества остывал бесконечно долго. Деви терял терпение. Испытание сплава показало почти те же результаты, что и в первый раз. Деви получил сплав железа и алюминия. Чистый алюминий не был открыт и на этот раз. Даже знаменитый Вольтов столб, делавший в руках волшебника Деви чудеса, помочь не смог.
…Забежим немного вперед, познакомимся с системой химических элементов и с высоты научных достижений XX века еще раз бросим взгляд на начало века девятнадцатого.
В 1807 году известный английский физик и химик Джон Дальтон возродил атомистическую теорию древних, по которой всякое вещество состоит из неделимых частичек материи, атомов. Атомистическая теория Дальтона послужила основанием для развития химических наук.
Начались попытки систематизации известных уже химических элементов. Якоб Берцелиус в 1811 году подразделил все элементы на две большие группы, имеющие ряд сходных признаков. Первая группа, вошедшая в химию под названием металлов (от древнееврейского глагола matal — ковать), характеризовалась непрозрачностью, наличием специфического блеска и, наконец, способностью отлагаться на отрицательном полюсе при электролизе солей металла.
Неметаллы или, как их называли, металлоиды, отличались от металлов тем, что не имели их свойств.
Это деление, как выяснилось позже, было очень условным: некоторые металлы, как, например, олово и сурьма, имели смешанные свойства, их можно было назвать металло-металлоидами.
В 1829 году Доберейнер собрал сходные по своим признакам элементы, как, например, открытые Деви кальций, стронций и барий, в тройки и заметил, что атомный вес (вес по отношению к атому водорода) промежуточного равен арифметическому среднему двух крайних, т. е. он пытался вывести зависимость между атомным весом и свойствами элемента.
Во второй половине XIX века Шанкуртуа, Ньюлендс, Лотар Мейер расположили элементы в порядке возрастания их атомного веса, например, натрий, атомный вес которого 23, магний, алюминий и т. д. до хлора, атомный вес которого 35,5, и дальше, но следующий по величине атомного веса элемент калии (39) очень похож по своим свойствам на натрий, за ним кальций, очень напоминающий следующий за натрием магний, т. е. они заметили некоторую повторяемость, периодичность свойств элементов. Но многие элементы тогда еще не были открыты; поэтому в их системе были досадные пропуски.
В 1871 году великий русский ученый Д.И. Менделеев расположил элементы по горизонтали, в порядке возрастания их атомного веса, а по вертикали собирал их в групы с одинаковыми свойствами: первая вертикаль — элементы, похожие по своим свойствам на натрий и калий, вторая вертикаль — элементы со свойствами магния, кальция и бария, и т. д. При этом получилось, что в третьей вертикали после алюминия должны были бы стоять два элемента, но тогда они еще не были известны. Менделеев предположил, что эти элементы вообще еще не открыты и, исследуя свойства соседних элементов, гениально предсказал все свойства двух неоткрытых элементов. Открытие скандия и галлия подтвердило до малейших подробностей все свойства, которыми Менделеев наделил еще не открытые элементы! Таким образом, Менделеев дал развернутое изложение периодического закона: все химические и большинство физических свойств элементов являются периодической функцией их атомного веса. Этот вывод был не умозрительным, он имел своими корнями глубокое изучение физических и химических свойств элементов.
Дальнейшее развитие науки — открытие супругами Кюри радиоактивности, работы Бора и др. — показало, что атом не неделим: он, в свою очередь, представляет сложную систему, которую в простейшем случае можно рассматривать как систему, состоящую из положительных (протонов) и отрицательных (электронов) частиц. Английский ученый Мозли на основании этих открытий уточнил закон Менделеева: свойства элементов есть периодическая функция положительного заряда ядра атома.
В наше время периодическая система элементов представляется в виде девяти вертикальных групп элементов с одинаковыми свойствами (причем одна группа — группа благородных газов — гелий, неон, и др. не была ни открыта, ни даже предсказана Менделеевым, но она вполне подтверждает его периодический закон) и семи горизонтальных групп, так называемых периодов групп с неповторяющимися свойствами. Атомный номер каждого элемента численно равен положительному заряду ядра (см. таблицу в конце книги)[18].
Из этой таблицы особенно наглядна громадная работа, которую проделал Деви; он открыл большинство элементов первой и второй групп; свойства соединений элементов седьмой группы (хлора, иода, фтора) также впервые тщательно изучались им.
…Работа Деви продолжалась. Сделать нужно было еще много, а здоровье внушало опасения.
Натрий и калий — щелочные металлы (первая группа элементов) были открыты: на очереди — металлы щелочно-земельные (вторая группа элементов).
Эти металлы в свободном виде не встречаются, но они известны во многих сложных соединениях с другими веществами. Барит — тяжелый шпат — в Грузии образует целые горы. Соединенный с хромом и кислородом, он известен художникам, желающим передать золотые краски осени, и называется у них баритовая желть. Много разнообразных солей этого неизвестного элемента встречается в природе.
Пользуясь своим испытанным методом, Деви в 1808 году открыл следующий металл — барий. Так с помощью Вольтова столба была раскрыта еще одна тайна природы.
Лаборатория Королевского института превратилась как бы в фабрику, в которой Деви постепенно открывал все новые химические элементы, удивляя и потрясая мир. В его руках Вольтов столб делал чудеса.
На очереди был следующий элемент.
На дне океанов живут моллюски, кораллы; причудлива прекрасная игра форм и цветов. Растут, веками поднимаясь со дна морского и, наконец, появляются, освещенные лучами южного солнца, сказочные атоллы — коралловые острова. Это — живые существа, — всю свою жизнь выделяющие известь. Известняк, мел, мраморы — много их, разнообразных соединений неизвестного металла. Этот неизвестный металл составляет почти четыре процента веса земной коры. Сколько сотен миллиардов тонн этого вещества таят в себе недра земные!
Деви блестяще справляется с труднейшей задачей и открывает кальций. Этот белый блестящий металл плавится при 780°, он тягуч и легко поддается обработке. Он только в полтора раза тяжелее воды и в пять раз легче железа; его главное замечательное свойство — легкость.
Уже более века прошло с тех пор, как Деви открыл кальций, но и теперь еще не наступило время его широкого всестороннего использования в технике и в производстве; время это близится, оно не за горами.
Третьим из группы щелочно-земельных металлов был открыт стронций. В 1787 году в окрестностях местечка Стронциан (Англия) нашли новый минерал; он получил название — стронцианита. Через пять лет некоторые ученые высказали предположение, что в нем содержится неизвестный металл. Прошло десять лет, и в 1808 году Деви при помощи электролиза гидрата окиси стронция открывает этот металл и дает ему имя — стронций. Если соли бария окрашивают бенгальские огни и фейерверки в зеленый цвет, то соли стронция — в яркий пурпур. Барий и стронций, правильнее — сернистые соединения этих элементов в присутствии сернистых тяжелых металлов фосфоресцируют, то есть светятся в темноте.
Открытый через столетие родственный барию сказочный радий также излучает в пространство огромные количества лучистой энергии; но это явление совершенно другого порядка, и оно мало общего имеет с фосфоресценцией бария и стронция, но барий, стронций и радий имеют много других сходных свойств, почему они и находятся в одной группе элементов Менделеевской таблицы.
В течение 1807 и 1808 годов Деви открыл пять металлов: калий, натрий, кальций, барий и стронций. Он не только открыл эти элементы, но и детально их исследовал. Его современники вправе были сказать, что свойства вновь открытых металлов изучены лучше, чем свойства металлов, знакомых человеку со времен седой древности.
Со своими разнообразными знаниями Деви широко охватывал изучаемые явления и глубоко проникал в химическую историю элементов. Он старался вникнуть в сложный и многообразный путь изменения элементов в земной коре. На этой основе много позже возникла специальная наука — геохимия, изучающая кругооборот веществ в природе и химическую историю их на нашей планете.
Академик В.И. Вернадский в своих «Очерках геохимии» подчеркивает, что «геохимия — наука двадцатого столетия». Пятью страницами дальше он указывает на участие Гемфри Деви в формировании этой науки XX века как на одну из малоизвестных сторон его творчества: «Гемфри Деви — блестящий экспериментатор, физик и химик, охватывавший всю науку своего времени, мыслитель, шедший своим путем и задумывавшийся над проблемами бытия, одаренный глубоким поэтическим пониманием природы, все время связывавший науку с жизнью, — является одной из самых ярких фигур первой половины столь богатого ими XIX столетия. Деви оказал огромное влияние на науку своего времени своими лекциями, многочисленными статьями и книгами, блестящими опытами. В его работах мы на каждом шагу найдем данные об истории химических элементов в земной коре. В этом отношении он развил в новом масштабе пути, открытые Руэлем и Лавуазье. Его работы явились прообразом всех позднейших трактатов по химии, всегда связывавших изложение химии элементов с геохимией. В позднейших обобщающих обзорах Дюма, Либиха, Менделеева и других, подходивших к этим вопросам, мы всегда находим размышления и нередко яркие обобщения в области геохимических проблем. После него [Деви] геохимические проблемы вошли в курс неорганической химии; там мы находим их в течение всего XIX века. Они изучались, между прочим, в истории отдельных химических элементов».
Приближался ноябрь 1808 года. Уже два раза Деви пришлось выступать со своими сообщениями на «Бакеровском чтении»; в текущем году он должен в третий раз оправдать свое исключительное значение в английской науке. Кроме доклада о трех открытых металлах — барий, стронций и кальций, Деви готовил еще нечто, не менее важное. Дело было до чрезвычайности запутанное. Но оно стояло на перекрестке всех химических дорог, с ним связывалась вся система химической науки.
В 1774 году Шееле, обрабатывая соляной кислотой перекись марганца, получил неизвестный газ. Этот ядовитый газ, желтовато-зеленого цвета, с острым запахом, вызывал в самых малых дозах удушье, кровохаркание и смерть.
Лавуазье в свое время выдвинул положение, по которому все кислоты, включая и соляную кислоту, содержат в себе кислород. Кислород, следовательно, неизменная составная часть соляной кислоты. Авторитетного заявления Лавуазье было достаточно, чтобы все согласились с ним. Эта первая петля запутала нить сложного вопроса. Бертолле, другой знаменитый французский химик, завязал вторую петлю Он высказал предположение, что соляная кислота есть не что иное, как соединение неизвестного металла — мурия с кислородом. А ядовитый газ, который получил ранее Шееле, Бертолле назвал окисленной соляной кислотой. Так завязалась третья петля, третье заблуждение по одному и тому же вопросу.
Деви ринулся в бой. Чутье подсказывало ему, что зелено-желтый газ не является сложным телом, что этот газ — элемент, а не выдуманная окисленная соляная кислота.
Первым долгом Деви решил удостовериться, прав ли был Лавуазье, выводя свой закон, по которому все кислоты, в том числе и соляная, содержат в себе кислород. Но сколько ни пытался король экспериментаторов — Деви выделить из соляной кислоты кислород, ничего не получалось. Продвигаясь в этой сложнейшей работе чрезвычайно осторожно, Деви, однако, не побоялся поколебать авторитеты трех таких великих людей, как Лавуазье, Шееле и Бертолле. Он пошел один против всех общепризнанных основоположников химии и победил. Окисленная соляная кислота никакого кислорода не содержала и получила имя, данное ей Деви, — хлорин (желто-зеленый). Название это до сих пор сохранилось в английском языке, в остальных же странах ее называют хлор. Деви установил элементарную природу хлора. Каждый знает поваренную соль, но не все знают, что натрий и хлор — два элемента, образующие поваренную соль, расшифрованы Гемфри Деви. Но, что не менее важно, он опрокинул кислородную теорию кислот Лавуазье. Непременным участником состава любой кислоты является не кислород, а водород. В соляной кислоте кислорода нет, водород же имеется в любых кислотах. Выдвинутая Деви водородная теория кислот имела для науки не меньшее значение, чем установление им элементарной природы хлора.
1808 год был особенно богат открытиями. «Бакеровская лекция» и на этот раз прогремит на весь мир крупнейшими открытиями еле успевшего оправиться от болезни лондонского химика. Разнообразие его исследовательских приемов, точность их выполнения, логичность рассуждений достигают в это время наибольшей полноты. Подчеркивая научную скромность Деви, Рамзай пишет: «Множество соединений хлора, среди них кислородные соединения его, были впервые, получены Деви. При всем этом он не позволил себе догматического утверждения, что этот газ есть элемент. Напротив того, он выразился по этому поводу следующим образом: «В рассуждениях, которые я позволил себе здесь развить, ни кислород, ни хлор, ни фтор не названы элементами. Я утверждал только, что ни один из них до сих пор не был разложен».
Воззрения Деви встретили противников и в лице Гей-Люссака и Тенара, но великий химик остался победителем и в этой борьбе.
Что можно сказать о личной жизни Деви в эти годы? Если в первые годы своего пребывания в Лондоне он делил время между научными занятиями и салонами своих многочисленных поклонников и поклонниц, то в течение 1807 года и следующих лет Деви почти все время отдает научной работе, а когда человек в страстном порыве отдается любимому делу, какая может быть грань между этим делом и так называемой личной жизнью?
Жизнь Деви была в радостном творческом труде, результаты которого огромны. Увлекаясь экспериментами, он забывал о реальных опасностях, подстерегавших его на каждом шагу. Смелость Деви в проведении рискованных опытов была удивительна. Он не принимал никаких мер предосторожности. Деви работал над рядом взрывчатых веществ. Странным кажется, что несчастных случаев в лаборатории Деви было сравнительно мало. Ему просто везло. Единственное серьезное повреждение, которое он получил, состояло в ранении руки и глаза. Руку он обжег расплавленным поташем, глаз ранил при взрыве. На роговой оболочке глаза остался след на всю жизнь, и зрение никогда полностью не восстановилось.
Все свои работы Деви публиковал в «Известиях Королевского общества» в его знаменитых Philosophical Transactions. В период наивысшего подъема творческих сил с 1808 по 1812 год Деви регулярно печатался в этом научном журнале[19].
И сухой перечень научных теоретических статей Деви свидетельствует о большой и виртуозной работе зрелого мастера науки. Но когда он раскрывал в своих лекциях прикладное и общечеловеческое значение этих проблем, зачарованная аудитория, затаив дыхание, слушала поэта и философа химии.
В 1811 году Деви можно было дать не более двадцати пяти лет, его называли самым красивым человеком в Англии. Можно найти некоторые детали, характеризующие его конституцию — рост 5 футов 7 дюймов, хорошо развитая мускулатура, дыхание ускоренное. Нервный, подвижной, с неожиданно быстрыми реакциями, — таковы психофизиологические черты Гемфри Деви.
Деви не перестает писать стихи, сочиняет афоризмы. Обладая неудержимой фантазией, он умеет сдерживать ее там, где успех исследователя решает научная педантичность; зато он дает ей полную свободу в другом направлении. Он пишет пятистопным ямбом грандиозную поэму «Эпос Моисея».
Его афоризмы проникнуты глубокой эрудицией универсально образованного человека.
«Потомство орла так же, как и дети ночных птиц, вначале бывает ослеплено солнцем, оно причиняет им боль, но орлята не перестают смотреть на него до тех пор, пока не начинают наслаждаться его великолепием, другие же птицы обычно избегают его прекрасных лучей». К кому конкретно относится эта аллегория — неизвестно, общая ее направленность совершенно отчетлива.
«Древние во многом уступают современному человеку, но если бы не было Аристотеля, то, весьма вероятно, не было бы и Бэкона. Греческие мудрецы создали инструменты, благодаря которым были покорены сами. Каждый факт из истории развития человеческой мысли доказывает, что прогресс общества — всеобщий прогресс — происходит так, что различные части его плотно соприкасаются друг с другом. Если бы это случилось иначе, то мы, пришедшие в конце системы, сделали бы очень мало». Деви хорошо знает цену накопившемуся в течение тысячелетий человеческому опыту. У Деви слова не расходятся с делами. С большим правом, чем многие другие, он может сказать: «Наибольшая польза, принесенная экспериментальными науками, заключается в том, что они дали подлинный прогресс уму; они явились как работа начатая, но не оконченная. В них нет духа или чувства подражания, обычно останавливающегося и тормозящего энергию человека. Открытие — наибольший стимул к труду, величайший стимул к изысканиям, и титул «открывателя» — наиболее почетный из всех, которые можно дать человеку науки». В этих словах — весь Деви, вся его честная и открытая натура. Но неожиданно пришла любовь. Не изменит ли она жизненные правила мистера Деви?
Миссис Эприс, дочь богатого купца Чарльза Кэрра, дальнего родственника Вальтера Скотта, рано вышла замуж, но вскоре овдовела.