В своей стихии: Женщины периодической таблицы Understand article

Познакомьтесь со вкладом женщин-учёных в изучение химических элементов – и как это влияет на наше понимание природы…

В марте 1869 года русский химик Дмитрий Менделеев впервые докладывал об изобретённый им периодической системе химических элементов в Российской Академии Наук (Gordin, 2004). Менделеев разработал свою систему на основании сформулированного им же периодического закона, утверждающего что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса. Система Менделеева, достигшая полуторавековой годовщины, доказала свою устойчивость в свете новых научных открытий, начиная с открытия благородных газов и радиоактивных элементов и кончая квантовой физикой.

Впрочем история периодической таблицы элементов началась задолго до 1869 года, так же как и научный вклад внесённый в разработку периодической теории женщинами-учёными. История научных открытий часто представляется с точки зрения основных понятий и теорий, и упускает огромное количество экспериментальных работ и случайных наблюдений благодаря которым были разработаны эти понятия и теории. Именно эту забытую и неоценённую работу часто выполняли женщины. Желая изменить эту тенденцию, в год объявленный Международным Годом Периодической Таблицы^w1, мы хотим рассказать истории нескольких женщин-учёных, чьи работы внесли важный вклад в изучение элементов периодической таблицы.

XVIII век

Мария-Анна Лавуазье и новая идея химического элемента

Революция в химии, происшедшая во Франции в восьмидесятых годах восемнадцатого века, часто отмечается как начало современной химической науки. Центральной фигурой в этом процессе выступал французский аристократ Антуан Лавуазье [Antoine Lavoisier]. В своей работе Méthode de nomenclature chimique (1787), Лавуазье и его коллеги присвоили новые систематические имена всем известным в то время химическим элементам и разработали правила наименование химических соединений которые используются по сей день. Лавуазье также определил химический элемент как элементарную субстанцию которая не поддается разложению во время химического анализа, и составил таблицу содержащую 33 элемента. Хотя не все они признаются элементами в современной химии, работы Лавуазье положили конец эпохе в которой выделялись только четыре элемента, земля, воздух, огонь, и вода.   

На известной картине Лавуазье изображён со своей женой Марией-Анной: он занят работой а она представлена в виде его музы-вдохновительницы. На самом деле, их отношения этим не ограничивались. Мария-Анна принимала активное участие в научной работе мужа. Она помогала ему в лаборатории, вела его корреспонденцию, принимала иностранных учёных в своём салоне, переводила зарубежные научные статьи на французский, и иллюстрировала научные книги. Кроме того, она сыграла большую роль в распространении новых химических идей, особенно идеи кислорода, когда она перевела и снабдила критическими комментариями работу ирландского химика Ричарда Кирвана [Richard Kirwan], скептически относившегося к идее синтеза воздуха из кислорода и водорода и придерживавшегося теории ‘флогистона’.

XIX век

Джейн Марсе знакомит широкую публику с химическими элементами

В 1806 году, спустя несколько десятилетий после революции в химической науке, швейцарка из Лондона по имени Джейн Марсе [Jane Marcet] написала учебник по химии который выдержал 16 английских и по меньшей мере 23 американских издания и был переведён на французский, немецкий и итальянский языки (Dreifuss & Sigrist, 2012).

Учебник был написан в форме диалога и предназначен для женской аудитории, и его широкий успех сделал химию изысканным и благородным предметом интереса для широкой публики, включая женщин и девочек. Марсе включила в учебник новейшие на то время открытия в химии: взяв за основу таблицу химических элементов Лавуазье, она добавила в неё только-что открытые Хэмфри Дэви [Humphry Davy] щелочные и щелочноземельные металлы (Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba). Кроме того в учебнике были упомянуты элементы теоретически предсказанные или практически полученные Йёнсом Якобом Берце́лиусом [Jöns Jacob Berzelius] и его учениками (Ce, Th, Se, Si, Zr, Li, La, Er, Tb, V), а также элементы открытые Уильямом Хайдом Волластоном [William Hyde Wollaston] (Rh, Pd), Смитсоном Теннантом [Smithson Tennant] (Os, Ir), и Чарльзом Хэтчеттом [Charles Hatchett] (колумбий, сейчас известный как Nb). Марсе вращалась в Лондонском научном обществе, и через своих знакомых она знала о многих открытиях которые ещё не стали достоянием общественности. Не смотря на это, первые издания её учебника были опубликованы анонимно.

Юлия Лермонтова и редкие платиновые металлы

Положение Юлии Лермонтовой [Julia Lermontova] намного отличалось от её предшественниц. Русская женщина-химик стала первой женщиной в Германии (и одной из первых в мире) получившей докторскую степень в химии в 1874 году. Современница Менделеева, она училась в Гейдельберге [Heidelberg] у Роберта Бунзена [Robert Bunsen], работала с Августом Вильгельмом фон Гофманом [Wilhelm von Hoffman] и получила свою докторскую степень в Гёттингене [Göttingen]. Лермонтова взяла на себя тяжёлую и кропотливую работу по определению места в периодической таблице для элементов платиновой группы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). Эти элементы очень близки друг к другу по своим свойствам и атомному весу. Необходимость точно определить их атомный вес требовала приготовления абсолютно чистых химических субстанций, для чего было необходимо точно повторять сложные аналитические измерения много раз подряд. Понятно что такая работа не пользовалась интересом у большинства учёных и обычно доставалась “пехотинцам от науки”, таким как Лермонтова. Научный вклад таких лабораторных химиков, многие из которых были женщинами и от которых требовалось получение чистых элементов или измерение точного атомного веса, огромен, но в большинстве своём забыт. Однако именно эта кропотливая работа ярко иллюстрирует проблемы с которыми сталкивались Менделеев и его современники в своих усилиях сгруппировать все известные элементы в осмысленную систему. Неопубликованные работы Лермонтовой, долгое время остававшиеся неизвестными, были обнаружены в архиве Менделеева почти сто лет спустя.  

XX век

Мария Склодовская-Кюри и радиоактивные элементы

Не смотря на то что научные работы Марии Склодовской-Кюри [Marie Curie] хорошо известны, их научный вклад всё равно поражает воображение. С тех пор как Мария, вместе с мужем Пьером и сотрудником Густавом Бемонтом [Gustave Bémont], открыла полоний и радий в 1898 году, они должны были проделать огромную работу, подвергая тонны минеральной смолы тщательному химическому анализу, чтобы получить 0.1 г хлорида радия в 1902 году (Quinn, 1995). Хотя Мария была женой Пьера, они работали независимо друг от друга до тех пор пока Пьер не осознал огромную важность работы жены и не присоединился к её лаборатории. Любопытно что в данном случае забытым учёным оказалась не женщина а мужчина, Бемонт.

Ида Ноддак-Такке и рений

Немецкому химику Иде Ноддак-Такке [Ida Noddack-Tacke] пришлось проделать ту же изнуряющую работу что и Марии Склодовской-Кюри когда она трудилась над получением одного из самых редких металлов на земле, рения (Van Tiggelen, 2001). Открытие рения было объявлено Идой (вместе с её женихом Вальтером Ноддаком [Walter Noddack] и сотрудником Отто Бергом [Otto Berg], ещё одним забытым учёным) в 1925 году, но прошло ещё три года прежде чем были получены первые 120мг чистого рения, а его атомный вес был измерен только в 1929 году. Столько времени Иде и Вальтеру потребовалось чтобы найти места с богатыми залежами рениевой руды и проанализировать тысячи образцов для получения чистого элемента. Осталось большое количество лабораторных записей свидетельствующих о кропотливой и однообразной работе которая часто не приносила успеха. Несмотря на то что Ноддаки, также как Кюри, помогали друг другу в научной работе, Ида оставалась в финансовой зависимости от мужа и её академическая карьера полностью зависела от Вальтера.

Стефани Хоровиц и доказательство радиоактивных изотопов

Работа польского химика еврейского происхождения Стефани Хоровиц [Stefanie Horovitz] обеспечила первое авторитетное доказательство существования изотопов. Идея изотопов, элементов которые могут существовать в состоянии разного атомного веса, была изначально предложена английским химиком Фредериком Содди [Frederick Soddy] в 1913 году. Содди, в свою очередь, использовал термин предложенный английским доктором Маргарэт Тодд [Margaret Todd]. К этому времени было открыто около 35 радиоактивных элементов – намного больше чем количество пустых мест в периодической таблице. Существование изотопов разрешало эту проблему, так как многие вновь открытые радиоактивные элементы позже оказались изотопами ранее известных. Однако эта идея была вначале встречена скептически.

Чтобы доказать существование изотопов, Содди выдвинул идею для экспериментального анализа: если свинец может существовать в виде разных изотопов, тогда атомный вес свинца полученного из урана будет отличаться от обычного свинца. В 1914 году эта работа была поручена Хоровиц её научным руководителем, Отто Хёнигшмидом [Otto Hönigschmid] из Венского Института Радия. Много дней Стефани провела в лаборатории изолируя образцы чистейшего свинца из радиоактивной урановой руды и измеряя их атомный вес с помощью точнейших гравиметрических методов. Её измерения показали разницу в атомном весе превышающую экспериментальную ошибку, тем самым раз и навсегда доказав существование изотопов.  

Кроме того, вместе с Хёнигшмидом, она помогла опровергнуть существование предположительно нового элемента названного ионием. Они доказали что ионий имел те-же спектроскопические и химические свойства что и торий, отличаясь от тория только атомным весом. В результате ионий был классифицирован как изотоп тория (Th-230).

Эллен Гледич и не радиоактивные изотопы

Хотя Эллен Гледич [Ellen Gleditsch] родилась и выросла в Норвегии, она получила первый опыт работы с радиоактивными элементами в лаборатории Марии Кюри в Париже (Lykknes, 2005). После этого она уехала в Америку, где её работа в Йельском Университете [Yale University] помогла установить точную величину периода полураспада радия (позднее классифицированного как изотоп RA-226). Эта работа, опубликованная в 1915 году, дала науке важную константу так как радий считался эталоном в этой исследовательской области.

Позднее, работая в Гарвардском Университете [Harvard University], Гледич (как и Хоровиц) увлеклась работой с изотопами. Тогда уже было известно что атомный вес радиоактивных элементов (или продуктов радиоактивного распада) может меняться в зависимости от их геологической природы. Например, в рудах богатых природным торием, изобилие свинца-208 повышает атомный вес свинца, тогда как в урановых рудах (откуда получают свинец-206) атомный вес свинца будет ниже. Эта изменчивость изначально приписывалась только радиоактивным элементам.

Но изобретение масс-спектрографа, совершённое Фрэнсисом Астоном [Francis Aston] в 1919 году, опровергло это убеждение. Масс-спектрограф позволил произвести исключительно аккуратную классификацию элементов на основании их атомного веса и электрического заряда. Когда Астон объявил что он обнаружил два отдельных атомных веса хлора (35 и 37) со средним атомным весом в 35.46, это было встречено скептически – получалось что и в этом случае изотопный состав зависит от геологической природы. Вся концепция постоянства атомного веса, на базе которой была построена периодическая система, оказалась под сомнением.

Когда Гледич и её сотрудники исследовали хлор полученный из разных источников, они обнаружили что изотопный состав хлора на самом деле не меняется от источника к источнику. Несмотря на то что Ирэн Кюри [Irène Curie] (дочь Пьера и Марии) получила противоположные результаты, Гледич заключила что образцы Кюри были загрязнены. В конце концов атомный вес хлора оказался постоянным и угроза стабильности атомного веса была предотвращена.

Комплексность и сотрудничество

На протяжение всего существования периодической системы женщины внесли значительный научный вклад в её развитие: в салонах VIII века; как переводчики научных трактатов; как авторы учебников и распространительницы знаний; как жёны, сёстры и дочери учёных, помогавшие им в научных исследованиях; как лаборанты, учителя, и профессора; в лабораториях, школах, в семьях, и на заводах (Watts, 2007). Истории отдельных женщин, которые обогатили науку периодической системы элементов, доказывают что научная работа сложна и многогранна и что она основана на взаимном сотрудничестве. Кроме того, эти истории не только знакомят нас с мало известным научным вкладом многих женщин (и мужчин): они также открывают перед нами истинную природу науки и научных исследований.

Благодарности

Авторы хотят поблагодарить всех кто предоставил статьи о женщинах-учёных и химических элементах в предстоящий том “Женщины в своей стихии: Вклад отдельных женщин в развитие периодической системы” [Women in their Element: Selected Women’s Contributions to the Periodic System] (публикуется World Scientific, Август 2019). Особенная благодарность следующим авторам: Патрис Брет [Patrice Bret] и Кейко Кавашима [Keiko Kawashima], Жизела Боек [Gisela Boeck], Питер Чайлдс [Peter Childs], Джон Хадсон [John Hudson], Мерилин и Джофри Рэйнер-Кэнем [Marelene and Geoffrey Rayner-Canham], и Кзэвиер Рок [Xavier Roqué].

Download

Download this article as a PDF