"Русский член платинового семейства"

Серые песчинки Южной Америки обогатили человечество пятью новыми элементами. И все же не было уверенности, что познание их завершено - так разнолики, таинственны и трудны для изучения были эти "совершеннейшие чада тяжести и тьмы", как назвал их русский профессор Горяинов.

После открытия платиновой руды на Урале естественно возник вопрос: тождественна ли она южноамериканской, не таит ли в себе что-то неизвестное? Ответ и в России, и за рубежом спешили найти многие, как только стали доступными образцы уральской руды.

Спустя полгода после получения посылки из России Волластон сообщил министру финансов Канкрину, что никаких отличий уральской платины от американской он не обнаружил.

А вскоре Готфрид Озанн, профессор университета в Дерпте (ныне Тарту), объявил в статье "Исследование русской платины" и других работах, опубликованных в 1827-1828 годах на немецком языке в "Анналах физики и химии Погендорфа", что им обнаружено три новых элемента. Он их кратко описал и дал названия: плуран, полий, рутений.

Такой "хеттрик", превзошедший "дубли" Волластона и Теннанта, конечно всполошил ученый мир.

Озанн начал изучать уральскую руду одним из первых и уже в 1824 году выступил со статьей о свойствах платины, в частности о ее способности "благоприятствовать реакциям газообразных веществ".

Вероятно, учитывая это, министр Канкрин выделил ему для исследований больше руды, чем всем другим ученым, - 4 фунта. После этого не прошло и полугода, как Озанн объявил сенсационный результат.

Всякое открытие, а тем более сразу трех элементов, требует авторитетного подтверждения.

Озанн представил свои препараты и объяснения прославленным ученым: шведскому химику и минералогу Иенсу Берцелиусу и немецкому химику Фридриху Велеру, который разработал один из методов анализа платиновых металлов, обнаружил в железной руде, привезенной А. Гумбольдтом из Мексики, неизвестное вещество, оказавшееся новым элементом - ванадием, и приобрел мировую известность как автор первого органического синтеза, положившего конец господству теории существования особой "жизненной силы".

Триумф Озанна был коротким.

В "Горном журнале" (№ 8, 1828) появилась статья "Разложение нижнетагильской и гороблагодатской платины, произведенное г. Берцелиусом", в которой сообщалось, что "исследования этого выдающегося химика, основанные на строгих принципах и выполненные с редким исскуством, выявили ошибки, допущенные г. Озанном, который принял за новые элементы вещества уже известные".

Велер подтвердил это и посоветовал Озанну более основательно повторить свои опыты.

Последовав совету, Озанн вскоре опубликовал заявление, в котором признал, что поспешил и, применяя упрощенные, недостаточно точные методы, принял за рутений смесь уже известных веществ - окисей титана и циркония, составляющих примесь в платиновой руде. Полий оказался недостаточно очищенным иридием. Некоторое сомнение у него осталось лишь в отношении плурана, но он признал, что получить его повторно не удалось.

Казалось бы, все ясно. Первооткрыватель от своих открытий отказался и сложил оружие. Проблема изучена со значительной полнотой и наиболее авторитетные специалисты - Волластон, Берцелиус, Велер - признали, что уральская платиновая руда особых примет не имеет, что состав семейства платиноидов установлен надежно и ждать новостей не следует.

Однако вопреки всему этому затишье было коротким, и семейство платиноидов снова оказалось в центре внимания, а вместе с ним и профессор Казанского университета Карл Карлович Клаус.

Клаус родился в семье художника, рано осиротел, вынужден был уйти из гимназии и стать учеником сначала пекаря, а затем - в 14 лет - аптекаря. Для таких, как он, занятых с утра до ночи мытьем посуды, очисткой и взвешиванием реактивов, пределом успеха обычно была должность помощника аптекаря после многих лет практики и сдачи экзамена.

О способностях и работоспособности Карла Клауса можно судить по тому, что он за какие-нибудь семь лет в совершенстве освоил не только практику изготовления лекарств, но и теорию, отменно сдав экзамен в 1815 году на аптекарского помощника 1-го класса, в 1816 году - на провизора. А еще через год он получил в Петербургской медико-хирургической академии диплом аптекаря 2-го класса и стал самым молодым "экзаменованным аптекарем" в стране.

Одновременно со всем этим аптекарский ученик сумел развить унаследованный им талант художника до такой степени, что рисование стало его второй профессией. Но самым большим увлечением Клауса была ботаника, особенно лекарственные травы. Это увлечение заставило его покинуть столицу, переселиться сначала в Саратов, а затем в Казань. Все свободное время он уделял изучению степных растений, и его монография "Приволжская флора" была впоследствии издана Академией наук.

Поддержку своим научным интересам Клаус нашел в Казанском университете. Его ректор, великий математик, создатель неевклидовой геометрии Н. И. Лобачевский, энергично привлекал к работе способных людей.

В 1828 году Клаус был приглашен в качестве рисовальщика принять участие в исследованиях, проводимых профессором физики и химии А. Я. Купфером на Урале.

Альбом цветных зарисовок, выполненных Клаусом, сохранился; в нем отображен Златоуст, Миасс, Кыштым, Невьянск, Нижний Тагил, Верхотурье, Кушва, Пермь.

При содействии прославленного металлурга П. Амосова, а также Н. Мамышева и других Клаус осмотрел многие заводы и рудники. Перед ним открылся мир металлургии и горного дела. Клаус не только рисовал, но и неутомимо собирал образцы флоры, минералов и горных пород, существенно пополнив коллекции университета.

Особый интерес, как отмечено в его биографии, вызвали "платиновые россыпи и добываемая сырая платина - весьма любопытные и мало исследованные объекты". Он собрал все разновидности руды не только для университета, но и для себя, по-видимому, уже тогда поставив пред собой определенную цель.

Вернувшись с Урала, Клаус принял смелое решение. "Я бы мог стать очень богатым, - писал он впоследствии, - но мое стремление к научному образованию побудило меня оставить надежную дорогу". Клаус продал аптеку и перешел в университет на низкооплачиваемую лаборантскую должность (будучи отцом троих детей!). По существу, он вернулся к тому, с чего начинал: днем служил, а вечером готовился к экзаменам.

В 1835 году он сдал за университет так блестяще, что было возбуждено ходатайство допустить его без экзаменов к защите диссертации на степень магистра. В характеристике отмечали, что Клаус сочетает высокую теоретическую подготовку "с редкой практической ловкостью при делании опытов". Несмотря на все это, последовал отказ, и Клаус снова засел за подготовку. Экзамен, сопоставимый с современным кандидатским минимумом, включал следующие предметы: философию, логику, психологию, иностранный язык, математику, физику, минералогию, историю химии, теоретическую химию, агрономическую химию, судебную химию, фармацевтическую химию, аналитическую химию...

Сохранился перечень вопросов по всем этим предметам, на которые по жребию отвечал Клаус. (Не уверен, что многие соискатели наших дней сумели бы справиться с такой задачей, да еще так, как справился с ней Клаус).

Кроме устных экзаменов, требовалось и письменное сочинение. Клаус представил его на тему "О химическом анализе платиновых руд с практическим освещением имеющихся методов". Ясно, что такую работу мог написать человек, хорошо знавший проблему и обладавший определенным опытом.

Основной вывод автора: "Отделение различных платиновых металлов... доселе еще не производилось никем с такой точностью, которая требуется от хорошего анализа".

Казалось бы, разработка методики, которая поможет заполнить пробел, должна стать темой диссертации Клауса. Но он избрал иную - "Основы аналитической фитохимии" (Фито - от греческого phyton - растение).

Ученик Клауса, прославленный создатель теории органических соединений А. М. Бутлеров, вспоминая "о старом наставнике своем с глубокой благодарностью", отмечал, что он "с истинно юношеским жаром предавался своей двойной любви к химии и ботанике".

Диссертация отразила эту двойную любовь. И в то же время она как бы ознаменовала окончательный выбор - вся дальнейшая жизнь Клауса была посвящена химии, и к ботанике он возвращался лишь эпизодически. О том, какое место занимали эти науки в его жизни, в некоторой мере можно судить по опубликованным работам: по ботанике - 2, по химии - 30.

Став профессором, Клаус затратил много усилий для оборудования химического кабинета, чтобы сделать возможным серьезные аналитические исследования. (Его предшественник оставил след лишь сочинением "О пользе и злоупотреблениях наук естественных и о необходимости их основать на христианском благочестии".) По заданию университета Клаус провел детальное химическое изучение подземных вод в районе Казани; и лишь после всего этого, в 1840 году, он получил возможность заняться тем, что стало главным делом его жизни и вскоре привлекло внимание всего мира.

В 1844 году в трудах Казанского университета, а в следующем году отдельной книгой было издано его "Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения" с посвящением Н. И. Лобачевскому.

Эта книга, как и сохранившиеся рукописные документы, позволяет проследить трудный путь, завершенный открытием нового элемента.

В предисловии Клаус отметил, что первоначально он поставил себе лишь скромную цель "ближе ознакомиться с платиновыми металлами и приготовить главнейшие их соединения для химического кабинета". Эти слова, по-видимому, в большей мере отображают скромность самого Клауса, уже достигшего тогда известности, чем намеченную им цель. С платиновыми металлами он был близко знаком и их соединения для учебных целей приготовлял. Об этом говорит не только его экзаменационное сочинение, но и помощь, которую он оказывал Г. Озанну и Ф. Гебелю в изучении платиноидов, когда недолгое время работал вместе с ними в Дерптском университете.

В связи с чеканкой монет и резко возросшей добычей руды платина была тогда злобою дня, и Клаус, конечно, сознавал, насколько актуальным стало совершенствование способов извлечения этого, по его словам, "драгоценного продукта нашего отечества".

Командировку в Петербург для приобретения оборудования Клаус использовал в основном для изучения накопленного там опыта обработки руды и "выпросил у г. Соболевского 2 фунта остатков", накапливающихся после растворения платины в царской водке.

Использовал он эти остатки не для изготовления учебных препаратов, а для систематического изучения всех содержащихся в них платиновых металлов с одновременной проверкой "различных методов... употребляемых доныне химиками".

Извлечение этих металлов тогда производилось прокаливанием с селитрой (способ Вокелена) и хлорированием при высокой температуре с добавлением поваренной соли (по Велеру), а также другими способами.

Сравнивая эти способы, выясняя условия, при которых рационально применение каждого из них, Клаус получил ошеломляющий побочный результат. В остатках, которые считались практически не содержащими платины, ее оказалось очень много - 1.0 процентов!

"Этот неожиданной факт, - писал Клаус, - побудил меня подвергнуть критическому переисследованию" способ И. Дёберейнера, который тогда применялся и состоял "в употреблении известкового молока для отделения платины и других металлов" в полной темноте, "ибо свет заставляет осаждаться платину".

Проведя многочисленные опыты "при самом точном наблюдении всех требований... с возможной осмотрительностью", Клаус пришел к выводу, что применяемый способ не обеспечивает надежного отделения платины.

"Справедливо, что раствор нечистой платины дает после обрабатывания известью при осаждении нашатырем весьма чистую нашатырную соль платины, но этот факт основывается не на предположении Дёберейнера, что этим способом отделяются прочие металлы известью в виде окисей, но на следующем обстоятельстве: что от действия оснований на хлористые соединения прочих металлов, преимущественно иридия, эти соединения разлагаются и переходят в другие, которые не преобразуют с нашатырем труднорастворимых двойных солей, в чем и состоит главное действие извести при употреблении способа Дёберейнера".

Сообщение Клауса о низком извлечении платины всполошило столичное начальство, вплоть до министра финансов.

Клаусу немедленно выделили для изыскания способа уменьшить потери еще 20 фунтов остатков и 300 рублей серебром "на реагенции" с обязательством "доставить горному ведомству как результаты своих исследований, так и полученные при том металлы".

"Испытав многие способы отделения платиновых металлов" и убедившись в их несовершенстве, Клаус ставит опыт за опытом в поисках лучшего решения.

Пожар, охвативший Казань, не пощадил и его лабораторию. Лишь через полгода удалось продолжить работы в условиях, терпимых лишь для энтузиастов.

При сплавлении проб с селитрой и при обработке их хлором "происходило отделение осмиевой кислоты, от действия которой нельзя защитить себя. Она принадлежит к самым вредным веществам. Я много терпел от нее", - эти слова Клауса очень сдержанно характеризуют обстановку. Мучительный кашель, слезотечение, воспаление легких - все это пережил Клаус и помогавшие ему препаратор и два служителя. Их хватило ненадолго, и Клаус продолжал опыты в одиночестве, "привязывая ко рту мокрую губку".

Потребовался почти год для разработки нового способа извлечения платины как из руды, так и из остатков. Клаус положил в его основу различное воздействие буры на хлористые соединения платиновых металлов. Этот способ признали "более простым и эффективным, чем прочие доныне употребляемые", а затраты горного ведомства "на реагенции" оправданными. Клаус составил систематическую сводку методов анализа и рекомендаций по использованию платиновых остатков. Программа была полностью выполнена, но Клаус работу не прекратил.

В 1841-1843 годах он был так поглощен исследованиями, что по его словам, "... внешний мир исчез из кругозора... Два полных года я кряхтел над этим с раннего утра до поздней ночи, жил только в лаборатории, там обедал и пил чай, и при этом стал ужасным эмпириком".

Что же заставило профессора, очень общительного, по отзывам современников, облечь себя на такое подвижничество?

Причиной была выходящая за обычные рамки тщательность, с которой он проводил наблюдения. Даже вкус вещества Клаус пунктуально фиксировал; он установил, в частности, что у одного из соединений осмия вкус "острый, перцеобразный", а у другого "сначала слегка сладкий, потом немного горьковат" и т. д.

Такие дегустации однажды завершились "трехнедельной болезнью полости рта с образованием пузырей" и содействовали зачислению Клауса в разряд чудаков, но - победителей не судят!

Столь же скрупулезно, как вкус, Клаус зорким взглядом художника улавливал малейшие цветовые изменения при реакциях, что и приблизило его к успеху. Здесь следует привести цитату длинную, но дающую достаточно ясно представление о том, как это было.

"Исследуя ту часть сплава остатков с селитрой, которая не растворима в воде, - пишет Клаус, - я смешал жидкость (полученную после отделения осмиевой кислоты) с раствором поташа до щелочной реакции и получил обильный осадок водной окиси железа желто-бурого цвета, который я оставил на несколько дней в жидкости, причем он получил черно-бурый цвет. Это окрашивание приписывал я осадившейся окиси иридия, но подозревал в ней также присутствие некоторого количества окиси родия, и потому я собрал нечистую окись железа, растворил ее в соляной кислоте и получил темный, пурпурово-красный, почти черный, непрозрачный раствор. Это явление удивило меня потому, что ни одна из известных мне окисей не растворяется в кислотах таким цветом. Из этого раствора получил я через прибавление цинка металлический порошок, который вел себя не так, как иридий и родий, а именно: смешанный с поваренной солью и обработанный хлором, при калильном жаре, он дал черно-бурую массу, растворившуюся в воде померанцево-желтым цветом. Этот раствор, цвет которого легко можно было различить от растворов иридия и родия и смеси растворов обоих металлов, дал с аммиаком черный бархатный осадок и, обработанный сероводородом, при отделении черного сернистого металла, получил густой сапфирово-синий цвет. Ни иридий, ни родий и ни один из других металлов не вел себя таким образом. Хлористый калий и аммоний дали с этим веществом труднорастворимые соли, которые не отличались от двойных солей двуххлористого иридия. Такое сходство побудило меня сначала принять металл за нечистый иридий, но необыкновенные реакции могли произойти и от неизвестного мне тела..."

Так началась погоня за "телом", которое от синей окиси иридия отличалось сапфировым оттенком, а в соединении с аммиаком, как выяснилось позднее, обладало вкусом "еще более едким, чем у едкого калия".

Задачу несколько облегчило лишь то, что Клаус имел возможность (и терпение) многократно повторять опыты. 15 фунтов остатков было сплавлено с селитрой и при дальнейшей обработке получено 150 литров раствора, содержащего иридий и неизвестное тело. При смешивании с сильно насыщенным раствором поташа образовался белый осадок.

"Это тело имело все свойства описанной Озанном окиси рутения, - отметил Клаус. - Нерастворимая часть состояла из кремнезема, содержащего титановую кислоту и, вероятно, цирконовую землю".

Таким образом, Клаус подтвердил правильность вывода, к которому пришел Озанн при проверке своих опытов: нерастворимый осадок нового элемента не содержал "и, следовательно, должен быть исключен из ряда простых тел". Но Клаус заметил еще и то, мимо чего прошел Озанн. Тщательно изучая раствор, полученный при обработке белого порошка соляной кислоты, он получил вещество, которое, "будучи сварено с азотной кислотой, давало померанцево-желтый раствор, окрашиваемый сероводородом в синий цвет".

Так не вело себя никакое известное вещество! При дальнейших долгих опытах были получены "кусочки серовато-белого цвета с металлическим блеском, похоже, но более темные, чем иридий".

Клаус назвал этот металл рутением "в честь нашего отечества" (по латыни Rutenia - это Россия), а также и в уважения усилий Озанна, который был близок к цели.

"Более целого года трудился я, но наконец открыл легкий и верный способ добывания нового металла рутения на изучение его свойств и соединений".

В сентябре 1844 года Клаус послал образцы соли рутения и описание нового элемента в Стокгольм Берцелиусу и в Петербург академику Гессу.

Приговор Берцелиуса был суров и решителен: ваш образец - нечистая соль иридия.

Клаус сразу же и столь же решительно ответил, что при всем уважении к г. Берделиусу он не может с ним согласиться.

Ответ еще не успел дойти до Стокгольма, как Клаус получил от Берцелиуса новое письмо, написанное через 8 дней после первого. В нем Берцелиус взял назад свое заключение, признал, что присланный ему образец - соль неизвестного металла. Он объяснил причину своей ошибки тем, что, проводя параллельно анализ соли, полученной от Клауса, и своей двойной соли хлоридов иридия, не нашел между ними разницы. Она выявилась лишь через неделю, когда из раствора соли Клауса выпал черный осадок.

25 октября 1844 года на заседании Академии наук в Петербурге было торжественно объявлено об открытии нового элемента, 57-го по общему счету и первого в нашей стране.

Весь мир облетело сообщение о "русском члене платинового семейства". К этому времени уже было получено 6 граммов рутения.

Берцелиус в ответ на присланные ему дополнительные препараты и сведения писал Клаусу: "Примите мои искренние поздравления с превосходными открытиями и изящной их обработкой; благодаря им Ваше имя будет неизгладимо начертано в истории химии. В наше время очень принято, если кому-либо удается сделать настоящее открытие, вести себя так, как будто вовсе не нужно упоминать о прежних работах и указаниях по тому же вопросу в надежде, что ему не придется делить честь открытия с каким-либо предшественником. Это плохое обыкновение, и тем более плохое, что преследуемая им цель все же через некоторое время ускользает. Вы же поступили совсем иначе. Вы упомянули о заслугах Озанна и выдвинули их, причем даже сохранили предложенное им название. Это такой благородный и честный поступок, что Вы навсегда вызвали во мне самое искреннее глубокое почтение и сердечную симпатию, и я не сомневаюсь, что у всех друзей доброго и справедливого это встретит такой же отклик".

За рубежом, как отметил Клаус, его открытие, "сделанное где-то на границе Европы и Азии, рассматривалось химиками с большим недоверием", тем более что автор "имел смелость исправить некоторые факты великого Берцелиуса относительно свойства иридия и родия, которые уже считались не подлежащими проверке".

Преодолеть недоверие помог сам Берцелиус. Он опубликовал в Известиях Шведской академии наук выдержки из статей Клауса, с комментариями, подтверждающими правоту химика из далекой России.

Контрастом этому явилось выступление Г. Озанна ("Горный журнал", № 3, 1845) "против присвояемого г-ном Клаусом открытия рутения". Косвенно его возвращение к этой теме "после 17 лет молчания" имело положительные последствия, побудив Клауса опубликовать в том же журнале (№ 7, 1845) статью "О рутене", в которой дана четкая характеристика нового элемента, показывающая, что он "не имеет ничего общего ни с полием, ни с рутением г-на Озанна". Лишь после этого Озанн окончательно отказался от своих претензий.

Все эти события не оторвали Клауса от продолжения исследований. Получив в подарок платиновую руду из Южной Америки, он обнаружил в ней рутений, доказал, что этот элемент не составляет специфической особенности уральской руды и оставался незамеченным всеми, кто изучал американские платиновые месторождения. Там, как и на Урале, "собственных" минералов рутения не нашли. Удалось установить, что рутений входит в состав некоторых минералов осмия и иридия (его в рутениевом невьянските и в рутениевом сысерските до 15 процентов).

Демидовская премия Академии наук за 1845 год была единогласно присуждена Клаусу, а проделанная им работа охарактеризована как научный подвиг. И это было действительно так!

Новый элемент обладал странными свойствами, оказался двуликим. Полученный электролитически, он по цвету и блеску сходен с серебром, а выделенный из соединений, по внешнему виду напоминает платину. Задала загадку и плотность рутения, у всех других она постоянна и не зависит от способа получения. Рутений не подчинился этому правилу: при плавке получали металл с плотностью более 12 г/см³, а при восстановлении из солей она снижалась до 8 г/см³.

Пополнение семейства платиноидов таким элементом расширяло перспективы использования руды. Добыча ее на Урале шла полным ходом. Белые червонцы стали привычными. Словом, все сулило процветание. И вдруг...