Х

Разработка метода спектрального анализа

отя в первой половине XIX века позиции атомистической гипотезы были уже весьма прочны, однако единственным средством наблюдать взаимодействия атомов и определять их индивидуальные свойства оставались химические реакции. Именно в рамках химической атомистики родилась гипотеза Проута о строении атомов всех элементов из атомов водорода. Химия выработала учение об элементе, определила атомные веса различных атомов, установила характерные свойства различных элементов.

В 1859 году произошло важное событие в оптике. Немецкие ученые, физик Кирхгоф и химик Бунзен, совместно разработали метод спектрального анализа, основанный на том, что каждому элементу присущ свой, отличный от остальных спектр испускания. Спектральный анализ явился для химии и физики новым, исключительно эффективным инструментом исследования. Сами Кирхгоф и Бунзен методом спектрального анализа открыли два новых элемента – цезий (1860) и рубидий (1861). В 1861 году английский химик и физик Уильям Крукс открыл спектроскопическим методом таллий. Спустя два года был открыт индий.

В 1860 году Кирхгоф открыл обращение спектров, показав, что излучаемым линиям в спектрах испускания соответствуют темные фраунгоферовы линии в спектрах поглощения. Применительно к солнечному спектру это означало, что фраунгоферовы линии в нем возникают в результате поглощения солнечного света элементами, входящими в состав солнечной атмосферы. Поэтому Кирхгоф предположил, что Солнце состоит из раскаленной жидкой массы, окруженной атмосферой пара.

Интересна история открытия гелия. 18 августа 1868 года произошло солнечное затмение, интерес к которому был обусловлен тем, что впервые после открытия спектрального анализа этот метод надеялись применить для изучения солнечной короны. Спектры, полученные экспедициями под руководством французского астронома Жансена и английского ученого Локьера, показали, что вокруг Солнца существует оболочка из раскаленных газов, названная Локьером хромосферой, состоящая главным образом из водорода. Об этом свидетельствовали хорошо знакомые физикам по земным экспериментам спектральные линии водорода. Однако Жансен и Локьер обнаружили в спектре солнечной короны ярко-желтую линию, не наблюдавшуюся в спектрах ни одного из известных в то время химических элементов. Локьер предположил, что эта линия испускается элементом, встречающимся только на Солнце. Спустя три года так и не найденный на Земле элемент назвали гелием (от греческого «гелиос» – Солнце). Гелий на Земле был обнаружен лишь в 1895 году, когда в английском журнале «Nature» с недельным интервалом появились две статьи с одинаковым названием «Земной гелий». Автором одной из них был известный английский химик Уильям Рамзей, открывший к тому времени химический элемент аргон, автором другой – Уильям Крукс.

Рамзей изучал газы, выделяющиеся из уранового минерала клевеита под действием азотной и серной кислот. Выделившийся газ был запаян в стеклянную трубку, в которую были введены тонкие платиновые электроды. При осуществлении электрического газового разряда в трубке газ начинал светиться, и Рамзей мог исследовать его спектр. Среди спектральных линий, принадлежащих аргону, выделялась ярко-желтая линия гипотетического гелия. Трубка с газом была отослана Круксу с просьбой провести более детальный анализ. Крукс подтвердил: в трубке действительно содержался гелий. Вскоре гелий обнаружили в ряде других минералов и горных пород, чаще всего в тех, в которых, как и в клевеите, присутствовали уран и торий.