Новые методы исследований
Лишь когда в 1859 г. был открыт спектральный анализ, снова последовали открытия, теперь уже таких элементов, которые были близки по свойствам к ранее изученным и не могли быть от них отличены старыми научными методами. Были открыты: рубидий, цезий, таллий, индий, эрбий, тербий и некоторые другие. Когда Д. И. Менделеев в 1868 г. открыл свой знаменитый закон, ему уже было известно 60 элементов.
С этих пор наука получила твердую уверенность в существовании тех или иных элементов.
Оказалось, что у каждого элемента есть в таблице свое место, общее число всех элементов ограничено и пустые клетки — это еще не открытые элементы.
Для трех из них — экаалюминия (клетка № 31), экасилиция (клетка № 32) и экабора (клетка № 21) — Менделеев предсказал главные физические и химические свойства. Его предсказание блестяще подтвердилось, когда эти элементы были открыты. Экабор был назван скандием, экаалюминий — галлием, а экасилиций — германием.
Однако не следует думать, что прежде всего человечеству стали известны элементы, часто встречаемые в земной коре, а редкие — потом. Ничего подобного. Например, золота, меди и олова в земной коре очень мало, в то же время это были первые металлы, с которыми познакомились люди и которые были использованы в технической культуре. А между тем олова в среднем в земной коре несколько миллионных долей, меди — несколько десятитысячных, а золота — так даже одна-две миллиардных.
И в то же время самые распространенные в земной коре элементы, как, например, алюминий, составляющий 7,45% земной коры, были открыты очень поздно; алюминий еще в начале XX столетия считался редким металлом.
Причина здесь кроется в другом, а именно, насколько легко металл образуется в самородном виде и часто ли встречаются скопления с преобладанием этого металла, так называемые «месторождения».
Способность собираться, концентрироваться в одном месте — вот что облегчило открытие и использование металлов в технике для потребностей человечества.
Открытие каждого нового элемента знаменует начало изучения его свойств, сперва химиками в лаборатории. Это, так сказать, первое знакомство. При этом химики ищут особенности элемента, его отличительные, оригинальные черты.
Например, разве не любопытно, что удельный вес лития — 0,53, так что этот металл плавает даже в бензине? А у осмия, наоборот, — 22,6, так что он в сорок раз тяжелее лития. Разве не любопытно, что галлий плавится всего при 30° С, но температура кипения его (2300°) лежит далеко за пределами тех высоких температур, которые обычно употребляются в технике. «Что же тут любопытного?» — спросите вы. Попробуем рассказать.
Сначала о галлии. Применяя высокий нагрев в лабораториях и на заводах, инженеры и химики всегда хотят знать, до какой температуры нагревается проба или изделие. Конечно, прежде всего надо измерить температуру. Но вот беда; до 360° измерить очень просто, но при более сильных нагревах возникают затруднения: ртуть при 360° кипит, и ртутные термометры не годятся. А вот галлий годится. Если взять тугоплавкое кварцевое стекло и наполнить градусник расплавленным галлием, то таким термометром можно мерить температуру почти до 1700°, а галлий еще и не думает кипеть. Если найти более тугоплавкие стекла, то можно измерить температуру и в 2000°.
Теперь о весе. Вес, тяжесть — нечто гнетущее, прижимающее к земле. Вес сопротивляется движению, скорости, подъему на неизведанные высоты. А человек хочет двигаться быстро по земле, хочет летать по воздуху, как птица. Для этого надо победить тяжесть, и человек ищет легких и прочных конструкций, легкого и прочного материала. И вот особенно подходящими оказались два металла: алюминий с удельным весом 2,7 и магний, удельный вес которого 1,74.
В современном самолете большая часть его деталей состоит из алюминия, или, вернее, из его сплавов с медью, цинком, магнием и другими металлами. Но такое господствующее положение алюминий приобрел не сразу, а в упорной борьбе за улучшение своих качеств — прочности, твердости, упругости и устойчивости против огня и окислителей. Когда были преодолены трудности получения металлического алюминия, то он первым делом завоевал кухню. Легкие и чистые неокисляющиеся кастрюли, ложки и кружки — вот на что были истрачены первые его запасы. В технике его вначале не применяли, — да и куда, казалось, годится этот мягкий, не особенно прочный, не паяющийся, легкоплавкий металл? Алюминий завоевал мир только после того, как был изготовлен дюралюминий — твердый сплав, полученный «кухонным способом»: в тигель с алюминием добавляли попеременно различные металлы, и каждый новый сплав исследовался на прочность и другие качества.