Неправильное имя «солнечного элемента»

Посмотрите, на что оканчивается название гелия (на латинском языке), и сравните его с латинскими названиями других инертных газов.

Посмотрите, названия каких химических элементов (на латинском языке) оканчиваются так же, как латинское название гелия.

Латинское название гелия — Helium — оканчивается на -ium, в то время как:

а) названия других инертных газов — Neon, Argon, Kripton, Xenon, Radon и получивший официальное название в 2016 году Oganesson, оканчиваются на -on;

б) на -ium оканчиваются названия элементов-металлов (конечно, открытых и названных уже после создания системы Берцелиусом) — Lithium, Kalium, Osmium и т. д., а также твердых элементов, относящихся к металлоидам, или полуметаллам (химическим элементам, расположенным в периодической системе на границе между металлами и неметаллами), — Germanium, Stibium, Tellurium.

в) латинские названия типичных неметаллов, открытых или получивших постоянное название после 1814 года, заканчиваются на -um: Chlorum, Iodum.

Система Берцелиуса предполагала, что суффикс и окончание латинского названия химического элемента должны указывать, относится он к металлам или к неметаллам. Аналогично, название элемента в других языках указывает на его принадлежность к металлам и неметаллам (в русском — литий, калий, барий; неон, аргон, ксенон), а в ряде случаев — и к отдельной группе Периодической системы, ср. названия галогенов в английском языке: fluorine, chlorine, iodine, tenessine (получил официальное название в 2016 году).

Может показаться, что есть и другие исключения из этого правила, например железо (Ferrum) или серебро (Argentum) — металлы, но оканчиваются на -um. Однако элементы с аффиксом -um, если посмотреть, открыты до 1810 года.

Статьи Берцелиуса, где он, копируя Карла Линнея, внедрял латинскую номенклатуру, которую все приняли, были написаны в период с 1811-го по 1814 год. Для тех элементов, которые были открыты до этого, Берцелиус оставил их общеупотребительные латинские имена, взяв из них по две буквы (как правило первые) для символов. Это известные с античности «семь металлов по числу семи планет» — золото (Aurum), серебро (Argentum), медь (Cuprum), железо (Ferrum), ртуть (Hydrargyrum), олово (Stannum) и свинец (Plumbum) и некоторые другие. Последним элементом, успевшим получить название не по предложению Берцелиуса, был тантал (Tantalum), открытый в 1802 году. Металлы и полуметаллы, открытые начиная с 1815 года, уже оканчиваются на -ium.

То есть в соответствии с системой Берцелиуса было бы логично, чтобы гелий носил название «гелион» или «helion». Но на данный момент гелий — единственный химический элемент в Периодической системе, который, будучи неметаллом и образуя газообразное простое вещество, носит название, типичное для элементов металлов и металлоидов, простые вещества которых при комнатной температуре — твердые.

Это несоответствие связано с историей его открытия (см. Послесловие). Гелий, первым из инертных газов, был открыт в 1868 году на Солнце (в солнечном спектре), и только 1895 году он был обнаружен на Земле. Все эти 27 лет, когда исследователи не имели возможности подержать в руках образец гелия и изучить его свойства, его считали металлом.

История открытия гелия связана с развитием нового тогда физического метода исследования — спектроскопии.

С конца XVIII века, с появлением такого сильного окислителя, как хлорат калия (бертолетова соль), стало понятно, что некоторые химические элементы могут окрашивать пламя в определенные цвета. Это открытие позволило делать разноцветные пиротехнические составы: зеленый цвет, например, в них создавался солями бария или бора, а красный — солями лития или стронция.

Другое следствие этого открытия — стало можно идентифицировать химические элементы по цвету, в который они окрашивают пламя. Позже, в результате совместной работы Роберта Бунзена и Густава Кирхгоффа, появился прибор под названием спектроскоп, в котором цвет, создаваемый элементом в пламени, с помощью призмы (сейчас — с помощью дифракционной решетки) расщеплялся на спектр — совокупность тонких и четких окрашенных линий. Набор таких линий оказался строго индивидуальным для каждого элемента, как уникальны для каждого человека отпечатки пальцев.

Густав Кирхгофф (слева) и Роберт Бунзен и их спектроскоп. Фото и рисунок с сайта commons.wikimedia.org

С тех пор идентификацию известных элементов и открытие новых стали делать уже не просто по цвету, а по набору его спектральных линий. С помощью спектроскопа Бунзен и Кирхгоф смогли открыть элементы рубидий и цезий, название которым было дано по их спектральным характеристикам: в спектре рубидия наблюдалась рубиново-красная полоса, в спектре цезия — две интенсивные синие полосы (лат. caesius — небесно-голубой).

В какой-то момент ученые решили, что спектроскоп может пригодиться не только на Земле, и попробовали использовать его для изучения химического состава Солнца. Такой подход позволил обнаружить на Солнце натрий, магний, кальций и железо.

Спектральные характеристики некоторых химических элементов (названия даны на английском языке). Сверху вниз: водород, гелий, литий, кислород, углерод, азот. Рисунок с сайта www.astro.rug.nl

В 1868 году француз Пьер Жансен и англичанин Норман Локьер независимо друг от друга обнаружили в солнечном спектре четкие линии, которые не соответствовали ни одному из известных в то время металлов. В том, что это был именно металл, ни у Жансена, ни у Локьера сомнений не было: известные к тому времени элементы-неметаллы, за исключением водорода, давали гораздо большее количество линий в спектре.

Пьер Жансен (слева) и Норман Локьер. Оба фото с сайта commons.wikimedia.org

Локьер предложил для этого «металла» название «гелий» — в честь древнегреческого бога Солнца Гелиоса. В течение двух десятков лет гелий так и не был обнаружен на Земле, и Локьером уже начинали посмеиваться. Но в 1895 году шотландский химик Уильям Рамзай обнаружил гелий в газе, полученном при обработке кислотой урансодержащего минерала клевеита. В спектре газа была обнаружена та же ярко-желтая линия, которую Жансен и Локьер наблюдали в солнечном спектре.

Образец был направлен для дополнительного исследования английскому ученому-спектроскописту Уильяму Круксу, который подтвердил, что наблюдаемая в спектре образца желтая линия совпадает с линией гелия, обнаруженного на Солнце. Гелий, образующийся при радиоактивном распаде, поглощался горной породой и при растворении породы в кислоте высвобождался. Так элемент, окрещенный Локьером как «солнечный», был обнаружен на Земле, но оказался не металлом, а крайне инертным газом. К тому времени все уже привыкли к названию «гелий», и Рамзай не стал менять название, «узаконив» ошибку.

Уильям Рамзай (слева) и Уильям Крукс. Фото с сайта commons.wikimedia.org

Открытие гелия и других инертных газов стало первой проверкой на прочность сформулированного в 1868 году Д. И. Менделеевым Периодического закона, а также причиной первого внесения изменений в Периодическую систему.

Лорд Рэлей. Фото с сайта commons.wikimedia.org

В 1894 году Рамзай и английский физик лорд Рэлей открыли новый газ, которому не было места в Периодической системе, — аргон. Поведение аргона отличалось от поведения всех известных до того времени газов: химикам не удавалось заставить аргон с чем-либо реагировать, он оставался полностью инертным. Первоначально Менделеев предположил, что аргон — не химический элемент, а чрезвычайно устойчивое соединение, образованное в результате комбинации известных элементов.

Однако через год Рамзай сообщил, что ему удалось получить образец чистого аргона, атомная масса которого не позволяла говорить о нем как о соединении других элементов: легче него был только водород. Пришлось признать, что это элемент, места которому в Периодической системе нет. Кризис удалось успешно решить благодаря работам того же Уильяма Рамзая: в 1898 году он сообщил об открытии еще трех газообразных веществ, которым дал название криптон, ксенон и неон. Эти три газа были так же инертны, как и гелий с аргоном. Для пяти газов, открытых Рамзаем в период c 1893-го по 1898 год наблюдалось увеличение атомной массы, аналогичное тенденциям, наблюдавшимся для других групп элементов.

Всё это привело к тому, что Менделеев предпринял первое и единственное прижизненное изменение структуры своей Периодической системы: в 1903 году при подготовке к переизданию «Основ химии» по рекомендации Рамзая он добавил к таблице слева группу, состоящую из гелия, неона, аргона, криптона и ксенона, получившую название инертные газы, и присвоил ей нулевую нумерацию. Этим он подчеркнул химическую инертность, или, как он писал, «нульвалентность» составляющих эту группу элементов.

Периодическая система, напечатанная в издании «Основы химии» Д. И. Менделеева 1903 года. Фото с сайта web.mit.edu

Нил Барлетт. Фото с сайта en.wikipedia.org

Полтора-два десятилетия спустя, когда Периодический закон удалось объяснить, используя представления об электронном строении атомов, были заложены основы современной теории химической связи и стало ясно, что номер группы в Периодической системе соответствует числу электронов на внешнем уровне элемента. Тогда инертные газы были перенесены из нулевой группы в главную подгруппу восьмой группы.

То, что инертные газы не нульвалентны, а могут проявлять свойственную элементам восьмой группы валентность восемь, стало ясно только в 1960-е годы, после того как Нилу Бартлетту удалось получить первое химическое соединение ксенона.