Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева (англ. The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the World from the Periodic Table of the Elements) — книга 2010 года научного репортёра Сэма Кина. Книгу впервые опубликовали 12 июля 2010 года в твёрдом переплете, а в мягкой обложке выпустили год спустя, 6 июня 2011 года.

Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева

Статья в Википедии

Живым и понятным языком автор рассказывает об истории периодической таблицы Менделеева в форме коротких сюжетов (случаев или почти анекдотов), показывающих, как некоторые химические элементы повлияли на биографию их первооткрывателей. Много страниц в книге посвящено Марии Кюри, открытие которой едва не разрушило её карьеру; писателю Марку Твену, в рассказе которого «Продан сатане» изображён дьявол, сделанный из радия и одетый в костюм из полония; и физику-теоретику Марии Гёпперт-Майер, получившей Нобелевскую премию по физике за свою новаторскую работу, но постоянно сталкивалась с противодействием из-за своего пола.

Цитаты из книги

Глава 1. География элементов

Услышав выражение «таблица Менделеева», большинство читателей вспомнит большую схему, которая висит в кабинете химии. Это асимметричное собрание рядов и столбцов, которые словно выглядывают из-за плеч учителя. Обычно таблица огромная, метра два в ширину. Она одновременно и подавляет вас, и кажется величественной, подчеркивая важность химии. Вы знакомитесь с ней уже в сентябре, и она остается незаменимой до самого конца мая. Кстати, это единственное наглядное пособие, которым можно пользоваться на экзамене – когда в вашем распоряжении нет ни конспектов, ни учебников. Разумеется, когда-то периодическая система могла вас и раздражать, не в последнюю очередь потому, что многим она нисколечко ни помогает, хоть и висит у всех на виду как гигантская и абсолютно легальная шпаргалка.

— Глава 1. Прописка – это судьба

Для того чтобы осознать, что же такое «химический элемент», ученым потребовалось около 2200 лет – поиск начался примерно в 400 году до н. э. в Древней Греции и завершился к 1800 году в Европе. Дело в том, что большинство элементов очень редко встречаются в чистом виде. Сложно было понять, что делает углерод углеродом, так как этот элемент встречается в виде тысяч соединений, каждое из которых обладает особенными свойствами. Сегодня мы знаем, что, например, углекислый газ – не элемент, так как каждая молекула этого газа состоит из атомов углерода и кислорода. Но углерод и кислород являются элементами, так как их нельзя разложить на более простые составляющие, не разрушив атомы.

— Глава 1. Прописка – это судьба

Гелий – элемент № 2. У него есть два электрона, именно столько требуется ему для заполнения своего единственного энергетического уровня. Благодаря такой «закрытой» конфигурации гелий является поразительно независимым веществом. Ему не приходится взаимодействовать с другими атомами, делиться электронами или воровать их, он всегда целый. Можно сказать, что гелий гармоничен сам по себе. Более того, подобная конфигурация наблюдается во всем восемнадцатом столбце под гелием – у газов неона, аргона, криптона, ксенона и радона. У всех этих элементов внешние оболочки «закрыты», на них красуется полный комплект электронов. Поэтому ни один благородный газ не реагирует с другими элементами при нормальных условиях. Вот почему, несмотря на исключительно упорные попытки обнаружить и назвать эти элементы (попытки предпринимались на протяжении всего XIX века), восемнадцатый столбец пустовал вплоть до 1895 года. Такая отрешенность от мирской суеты, роднящая благородные газы с идеальными окружностями и треугольниками, несомненно, очаровала бы Платона. Именно с очарованием можно сравнить чувства ученых, обнаруживших гелий и его собратьев на Земле, – неудивительно, что эти газы были названы «благородными».

— Глава 1. Прописка – это судьба

Глава 2. Отцы таблицы Менделеева

...неприхотливость углерода – это огромное благо. В отличие от кислорода, углероду приходится образовывать связи с другими атомами во всех возможных направлениях. На самом деле, углерод может делиться своими электронами даже с четырьмя атомами одновременно. Таким образом, углерод способен образовывать длинные цепочки и даже объемные сети молекул. Поскольку углерод делится электронами, а не ворует их, углеродные связи получаются надежными и стабильными. Азоту также требуется создавать многочисленные связи для приобретения октета, но не в такой степени, как углероду. Белки, включая упомянутый выше белок табачной мозаики, используют эти простые правила. Атом углерода на конце одной аминокислоты делится электроном с атомом азота на конце другой аминокислоты. Образуются белки, в которых такие связи углерода и азота тянутся почти до бесконечности, как буквы в длинном-длинном слове.

— Глава 2. Почти близнецы и паршивая овца: генеалогия элементов

Глава 3. Все в семье: генеалогия элементов

В молодости Бунзен всерьез интересовался мышьяком. Хотя этот элемент № 33 был известен еще в античные времена (древнеримские отравители смазывали им инжир), немногие законопослушные химики имели представление о мышьяке. Все изменилось, когда Бунзен стал возиться с этим ядом в своих склянках. Сначала он работал с какодилатами – соединениями на основе мышьяка. Название «какодилат» происходит от греческого слова со значением «зловонный». Бунзен признавался, что какодилаты смердели так ужасно, что даже вызывали у него галлюцинации, «мгновенно провоцировали дрожание рук и ног, приводили даже к головокружению и потере чувствительности». Язык «покрывался чёрным налетом». Вероятно, ради собственной безопасности Бунзен вскоре синтезировал вещество, по сей день считающееся наилучшим противоядием от мышьяка, – гидроксид железа. Это соединение, похожее на ржавчину, связывается с мышьяком, попавшим в кровь, и выводит его от организма. Тем не менее Бунзен не мог уберечься от всех опасностей. Из-за случайного взрыва химического стакана с мышьяком ученый лишился правого глаза и остался полуслепым на оставшиеся шестьдесят лет жизни.

— Глава 3. Галапагосы периодической таблицы

Менделеев родился в Сибири и был в семье самым младшим из четырнадцати детей. В 1847 году, когда будущему учёному было тринадцать лет, умер его отец. Овдовевшая мать, Мария Дмитриевна, решилась на героический по тем временам поступок и пошла работать на стекольную фабрику, где управляла рабочими-мужчинами. Это позволило ей прокормить большую семью. Но вскоре фабрика сгорела. Мать связывала большие надежды со смышленым младшим сыном, вместе с которым верхом на лошадях отправилась в Москву, преодолев почти две тысячи километров по степям, перебравшись через заснеженные Уральские горы. Но в элитный Московский университет Дмитрия не приняли, так как сочли «не местным». Но Мария Дмитриевна не отчаивалась и отправилась с сыном еще дальше, в Санкт-Петербург, где учился когда-то отец Дмитрия Менделеева. На этот раз Дмитрию Ивановичу удалось поступить в университет. Его мать вскоре умерла, но еще успела увидеть приказ о зачислении сына.

— Глава 3. Галапагосы периодической таблицы

При комнатной температуре галлий остается твёрдым, но уже при 29,8°C плавится (как известно, нормальная температура человеческого тела – 36,6°C). Поэтому прямо в руке галлий тает, превращаясь в зернистую густую кашицу, напоминающую ртуть. Это один из немногих жидких металлов, который можно потрогать, не сжигая палец до кости. Неудивительно, что галлий стал сплошь и рядом использоваться в профессиональных фокусах среди химиков. Эти шутки гораздо интереснее, чем номера с горелкой Бунзена. Поскольку галлий похож на алюминий, но очень легко плавится, химики порой любят подавать к чаю галлиевые ложечки и наблюдать за обескураженными гостями, на глазах у которых «Эрл Грей» разъедает столовые приборы.

— Глава 3. Галапагосы периодической таблицы

Глава 4. Откуда берутся атомы: «Мы все звёзды»

	Один учёный подсчитал, что уже через десять минут после Большого взрыва сформировалась вся известная материя, а потом резюмировал: «элементы были изготовлены быстрее, чем хорошая хозяйка зажарит утку с картошкой». Опять же, здесь мы имеем дело с общепринятым мнением о том, что история всех элементов протекает исключительно стабильно и является, в сущности, «астроисторией».
	— Глава 4. Откуда берутся атомы: «Мы все – звёздная материя

Глава 5. Элементы во время войны

Когда в 400 году до н. э. войска Спарты осадили Афины, спартанцы решили принудить неуступчивого соперника к капитуляции, просто выкурив его из города. При этом была применена наиболее совершенная химическая технология того времени – дымовая атака. Немногословные спартанцы подошли к Афинам с вязанками ядовитой древесины, дёгтем и зловонной серой. Затем они подожгли всё это и затаились вокруг окружённого города, ожидая, пока беззащитные кашляющие афиняне в панике побегут, оставив свои дома на разграбление. Несмотря на то что это была не менее блестящая тактическая находка, чем троянский конь, она не сработала. Клубы ядовитого дыма пронеслись по городу, но он выдержал эту газовую атаку...

— Глава 5. Элементы на войне

Глава 6. Завершение таблицы.. со взрывом

При взрыве сверхновой в нашу Солнечную систему были вброшены все существующие в природе элементы, а благодаря перемешиванию пород на молодых незатвердевших планетах эти элементы равномерно распределились в скальных грунтах. Но эти процессы не позволяют ответить на все вопросы, связанные с распределением элементов на Земле. С тех пор как взорвалась сверхновая, многие элементы уже исчезли с лица Земли, так как их ядра оказались слишком непрочными, чтобы уцелеть в природе. Такая нестабильность поражала учёных, в периодической системе оказалось несколько необъяснимых пробелов, которые химики менделеевской эпохи не могли заполнить, несмотря на все поиски.

— Глава 6. Заканчиваем таблицу… взрывом

Глава 7. Соревновательные элементы: расширение таблицы, расширение холодной войны

Команда без устали работала над проблемой, и февральской ночью 1955 года труды исследователей были вознаграждены. Предвкушая успех, Гиорсо подключил детектор излучения к системе пожарной сигнализации. Когда наконец датчик зафиксировал распад атома элемента № 101, сигнализация взвыла. Той ночью она сработала еще шестнадцать раз, и с каждым гудком собравшиеся ученые поднимали тост. Утром все пошли домой пьяные, усталые и счастливые. Но Гиорсо забыл отключить детектор, поэтому, когда утром раздался последний писк запоздавшего атома элемента № 101, он изрядно перепугал тех, кто уже пришел на работу. Команда из Беркли, уже увековечившая свой родной город, штат и страну, предложила назвать элемент № 101 менделевием – в честь Дмитрия Ивановича Менделеева. С научной точки зрения это был очевидный выбор.

— Глава 7. Расширение таблицы и холодной войны

Глава 8. Плохая химия

Начнем с того, что научные ошибки далеко не всегда приводят к плачевным результатам. Вулканизированный каучук, тефлон и пенициллин – вот самые известные последствия таких ошибок. Камилло Гольджи открыл окрашивание осмием – метод, позволяющий рассмотреть фрагменты нейронов, – случайно пролив раствор на мозговую ткань. Даже откровенно ложные мнения – например, заявление естествоиспытателя и алхимика XVI века Парацельса о том, что ртуть, сера и соль относятся к первоэлементам мироздания, – помогли алхимикам отвлечься от безумной погони за искусственным золотом и углубиться в реальный химический анализ. Благословенные промахи и грубые ошибки двигали развитие науки на протяжении всей истории.

— Глава 8. От химии к биологии

Глава 9. Коридор отравителя: «Ой-ой»

Самый лёгкий из наиболее токсичных элементов – кадмий, чья дурная слава восходит к истории древних копей, расположенных в центральной Японии. Рудокопы начали добывать драгоценные металлы на приисках в Камиоке в 710 году. В течение следующих веков оттуда извлекали золото, свинец, серебро и медь, пока страной владели сначала многочисленные сёгуны, а потом – промышленные магнаты. Но только через двенадцать веков после того, как в Камиоке начали разрабатывать первую жилу, шахтеры приступили к добыче кадмия. Вскоре копи превратились в одно из самых опасных мест в Японии, которое стало ассоциироваться с криком «итай-итай!» – это междометие в японском языке выражает сильную боль.

— Глава 9. Коридор ядов: «Ой-ой, больно!»

Глава 10. Возьми два элемента, позвони мне утром

Периодическая таблица полна переменчивых элементов, большинство из которых гораздо сложнее, чем прямолинейные агрессоры из «коридора ядов». Странные элементы творят в нашем организме странные дела – зачастую во вред нам, но иногда и на пользу. Элемент, токсичный в одних обстоятельствах, в других может оказаться противоядием, которое спасет жизнь. Элементы, участвующие в нашем метаболизме каким-то необычным образом, могут стать для врачей новыми диагностическими инструментами. Взаимосвязи между элементами и лекарствами даже помогают прояснить, как сама жизнь вызревает из неодушевленного химического материала, наполняющего периодическую систему.

— Глава 10. Примите два элемента, перезвоните мне утром

Глава 11. Как элементы обманывают

Азот не вписывается в эту систему. Он не имеет цвета, запаха, при его вдыхании в наших кровеносных сосудах не накапливается никакая кислота. Мы легко вдыхаем и выдыхаем его, поэтому наши лёгкие никак на него не реагируют, никакой тревожный механизм у нас в мозгу не срабатывает. Азот «убивает своей безобидностью», просачиваясь сквозь защитные системы организма, как старый знакомый. Интересно отметить, что элементы из группы азота объединены под общим названием «пниктогены», которое в переводе с греческого означает «дурно пахнущие». Техники NASA – первые жертвы злосчастного шаттла «Колумбия», которому через двадцать два года предстояло развалиться на куски в небе над Техасом, – вероятно, почувствовали небольшое головокружение и вялость, погружаясь в азотное забытье. Но они вполне могли предположить, что это обычная усталость после тридцати трех часов работы. А поскольку выдыхать углекислый газ они по-прежнему могли, организм так ничего и не заметил, прежде чем азот просто выключил свои жертвы.

— Глава 11. Элементы-обманщики

Глава 12. Политические элементы

В 1890-е годы Мария и Пьер Кюри являли собой, пожалуй, самый плодотворный альянс в истории науки. В те годы передним краем естествознания было изучение радиоактивности. Мария занималась исследованиями урана – самого тяжелого элемента, встречающегося в природе, – и ее работа привела к одному из первых и важнейших открытий в этой области: физические и химические свойства урана были разделены. Атом за атомом, чистый уран испускал столько же радиоактивных лучей, сколько и уран, входивший в состав минералов. Это объяснялось тем, что электронные связи, возникавшие между атомом урана и атомами окружавших его элементов (химия), никак не сказывались на радиоактивных свойствах его ядра (физика). Ученым больше не требовалось проверять миллионы химических соединений и кропотливо измерять радиоактивность каждого из них (как, например, для определения температуры плавления). Нужно было лишь проанализировать девяносто с небольшим элементов периодической системы. Это открытие радикально упрощало исследования, позволяло абстрагироваться от раздражающих хитросплетений и исследовать те «несущие конструкции», на которых держалась наука о радиоактивности. В 1903 году супруги Кюри разделили Нобелевскую премию по физике за это открытие.

— Глава 12. Политические элементы

Глава 13. Элементы как деньги

<царю> Мидасу приписывались некоторые научные достижения. Так, его считали первооткрывателем олова (это не так, хотя олово действительно добывали во Фригии), а также приписывали ему открытие минералов «чёрный свинец» (графит) и «белый свинец» (красивый, но ядовитый пигмент, известный как «свинцовые белила»). Но, разумеется, никто не помнил бы Мидаса сегодня, если бы не еще один его дар, связанный с металлургией, – золотое прикосновение. Он приобрел эту способность, приютив пьяного сатира Силена, который однажды ночью пробирался через его розовый сад. Силен так высоко оценил гостеприимство монарха, что предложил ему награду. Мидас попросил, чтобы все, к чему бы он ни прикоснулся, превращалось в золото. Этот дар вскоре стоил ему жизни собственной дочери, которую он неосторожно обнял, и едва не погубил самого Мидаса, так как в золото превращалась вся пища, попадавшая ему в рот.

— Глава 13. Элементы в качестве денег

Глава 14. Художественные элементы

Очень долго изучение элементов периодической системы оставалось уделом аристократов, их влияние легко угадает даже тот, кто едва разбирается в химии. Во всей Европе молодые состоятельные господа получали классическое образование, и названия многих элементов – церий, торий, прометий – отсылают нас к мифам. Самые причудливые названия, например празеодим, молибден или диспрозий, составлены из греческих и латинских корней. Так, «диспрозий» означает «маленький и прячущийся», поскольку его очень сложно отделить от близкородственных элементов. По схожим причинам празеодим получил название, означающее «зеленый близнец», – он находится рядом с неодимом, «новым близнецом». Названия двух благородных газов означают «скрытый» и «неактивный». Даже гордые французские господа, выбиравшие названия для открытых ими элементов в 1880-е годы, остановились не на «Франции» и «Париже», а на топонимах «Галлия» и «Лютеция» соответственно, словно хотели угодить Юлию Цезарю.

— Глава 14. Художественные элементы

Глава 15. Элемент безумия

...в молодости Крукс одним из первых начал исследовать селен. Хотя селен и является важнейшим микроэлементом в организме всех животных (снижение уровня селена в крови у больных СПИДом является верным предвестником скорой смерти), в больших дозах он токсичен. Американские фермеры хорошо об этом знают. Если плохо присматривать за крупным рогатым скотом, пасущиеся в прерии животные могут съесть слишком много астрагала – растения из семейства бобовых. Некоторые виды астрагала впитывают селен из почвы, как губка. Коровы, переедающие астрагала, начинают пошатываться, спотыкаться, у них развивается лихорадка, язвы и потеря аппетита – все эти симптомы известны под общим названием вертячка. Но животным такое состояние только нравится. Это вернейший признак, свидетельствующий, что селен вызывает у скота своеобразное сумасшествие. У коров развивается зависимость от астрагала: несмотря на его ужасные побочные эффекты, они не желают есть ничего кроме этой травы. Это настоящий наркотик для травоядных. Некоторые историки с богатым воображением даже увязывают поражение генерала Кастера при Литтл-Бигхорне с тем, что лошади его солдат наелись астрагала перед битвой...

— Глава 15. Элементы безумия

Глава 16. Путь химии, ниже нуля

В свое время Скотт был такой же культовой фигурой, как Нейл Армстронг. Британцы горестно встретили новость о его гибели, в 1915 году в одной церкви даже были установлены витражи в его честь. Конечно, люди всегда пытались отыскать какую-то уважительную причину, которая оправдала бы его неудачу, и периодическая система подсказала того «злодея», который мог погубить Скотта. Олово, которое Скотт использовал для запечатывания канистр, ценилось с библейских времен, так как этот металл очень ковкий. По иронии судьбы, чем больших успехов достигала металлургия в добыче и очистке олова, тем хуже этот металл вел себя в повседневном использовании. Когда инструменты, монеты и даже игрушки из чистого олова замерзают, их начинает разъедать беловатая «ржавчина», похожая на морозные узоры на окне. Это вещество постепенно образует пузырьки, которые проникают в олово и крошат его, пока оно не рассыпается в пыль.

— Глава 16. Глубоко ниже нуля

Глава 17. Наука пузырей

Среди учёных ходит легенда о том, что идея об одном из самых важных лабораторных приборов пришла в голову его создателю не просто за стаканом пива, но и благодаря стакану пива. В те годы Дональд Глазер был скромным, но жаждущим признания младшим научным сотрудником Мичиганского университета. Когда ему было двадцать пять лет, он любил наведываться в ближайшие бары, чтобы утолить жажду. Как-то вечером он рассматривал пузырьки, поднимавшиеся в стакане со светлым пивом, и сам не заметил, как стал размышлять о физике частиц. <...> Глазер, склонившийся над своим стаканом, – высоколобый юноша в очках, с короткими вьющимися волосами – решил, что ответ таится в пузырьках. Пузырьки в жидкостях образуются там, где есть неровности или инородные включения. Так, пузырьки в шампанском образуются на месте микроскопических царапин на стекле, а пузырьки в пиве – это мельчайшие включения углекислого газа. Глазер как настоящий физик точно знал, что пузырьки образуются тем активнее, чем горячее жидкость и чем ближе она к точке кипения (вспомните кастрюлю с водой, стоящую на плите). На самом деле, если поддерживать температуру жидкости, она переполнится пузырьками, как будто ее сильно взбалтывают. <...> Легенда гласит, что к тому моменту, как Глазер допил стакан пива, у него в голове сложилась полная картина будущего опыта <по обнаружению к-мезонов, мюонов и пионов>.

— Глава 17. Изумительные сферы: наука о пузырьках

Глава 18. Инструменты смехотворной точности

Проблема стала тем более острой, когда килограмм остался единственной единицей измерения, чей эталон имеет искусственное происхождение. На протяжении большей части XX века в Париже хранился эталон метра – платиновый стержень, имевший длину 1,000000000… метра. Но в 1960 году ученые дали новое определение метра, обозначив эту единицу как 1 650 763,73 длины волны оранжевого света, проходящего через атом криптона-86. Это расстояние практически идентично длине старого доброго стержня, но теперь платиновый эталон метра уже устарел, поскольку длина волны оранжевого света в любом атоме криптона в вакууме всегда остается одинаковой. Такое определение можно переслать по электронной почте. С тех пор ученые-метрологи предложили ещё одно определение метра: это расстояние, которое свет проходит в вакууме за 1/299 792 458-ю долю секунды.

— Глава 18. Уморительно точные инструменты

Глава 19. Выше (и за пределами) периодической таблицы

Как известно, Вселенная на 90 % состоит из водорода. Оставшиеся 10 % составляет гелий. Всё остальное вещество, включая нашу Землю массой 6 х 1024 кг, укладывается в статистическую погрешность. В этих миллионах миллиардов килограммов содержится ничтожное количество редчайшего элемента астата – лишь несколько десятков грамм. Чтобы хоть как-то представить эти пропорции, вообразите, что вы оставили свой «Бьюик Астат» на огромном паркинге и не можете его найти. В поисках машины вам придется пройти ряд за рядом, этаж за этажом, осматривая каждую машину. Небольшая оговорка: паркинг, на котором вам предстоит искать машину <подобно астату на Земле>, составляет 100 миллионов парковочных мест в ширину, столько же в длину и 100 миллионов этажей в высоту. Более того, таких паркингов вам придется обойти ни много ни мало, а 160 – лишь в этом случае масштабы поиска вашей машины будут сопоставимы с поисками астата в земной коре. Вам останется, кроме как махнуть рукой и отправиться восвояси. <...> Чтобы представить себе масштабы этих соотношений, вспомните приведенный выше пример, описывающий низкую распространённость астата. Сила гравитации доминирует в нашей повседневной жизни исключительно потому, что сильные и слабые ядерные взаимодействия имеют крошечный радиус, а соотношение протонов и нейтронов вокруг нас достаточно равное, чтобы почти полностью нивелировать электромагнитные силы.

— Глава 19. Выше (и за пределами) периодической таблицы

Возможно, несмотря на все альтернативные варианты расположения элементов и все знания о суператомах и квантовых точках, которыми может обладать инопланетная цивилизация, они увидят в нашей периодической таблице что-то новое. Мы будем рассказывать им, как читать различные уровни информации, заложенные в таблицу Менделеева, а они – восторженно свистеть (или издавать другие сигналы), поражаясь тому, как красиво людям удалось расставить все химические элементы в такой наглядной периодической таблице.

— Сэм Кин, «Исчезающая ложка, или Удивительные истории из жизни периодической таблицы Менделеева», 2010

См. также

• «Краткая история времени»
• «Мир в ореховой скорлупке»
• «Физика будущего»

Ссылки

• «The Disappearing Spoon: And Other True Tales of Madness, Love, and the History of the World from the Periodic Table of the Elements» Официальный сайт книги