Карл Густав Мосандер (Carl Gustaf Mosander): химик, разделивший редкие земли

В 1839 году шведский фармацевт, ставший профессором, взял кусок того, что все в химии называли «оксидом церия», и благодаря кропотливой последовательности частичного разложения и обработки разбавленной азотной кислотой доказал, что это не одно вещество, а по меньшей мере два. Этот лабораторный трюк — разделение элементов, настолько химически похожих, что они ведут себя почти как близнецы, — стал визитной карточкой Карла Густава Мосандера (Carl Gustaf Mosander) и в конце концов открыл целое скрытое семейство периодической таблицы: редкоземельные элементы.

Путь подмастерья в химию

Мосандер родился 10 сентября 1797 года в Кальмаре (Kalmar), Швеция, и пришел в химию не традиционным академическим путем. Он учился в школе в своем родном городе только до 1809 года, когда его семья переехала в Стокгольм (Stockholm), и с тех пор его подготовка была скорее практической, чем академической: он стажировался в аптеке «Угглан» (Ugglan) и сдал фармацевтический экзамен в 1817 году. Ровно девять лет спустя, в 1826 году, он был назначен заведующим химической лабораторией в тогдашнем Каролинском медицинском институте (ныне Каролинский институт, Karolinska Institute) в Стокгольме. Между тем он получил полноценное медицинское образование, поступив в институт в 1820 году и сдав медицинский экзамен в 1825 году. Некоторое время он также управлял спа-салоном в Стокгольме, что подчеркивает, насколько далеко его карьера отошла от какой-либо одной аккуратной академической лестницы.

В тени Берцелиуса, а затем рядом с ним

Определяющими отношениями в научной жизни Мосандера была связь с Йёнсом Якобом Берцелиусом (Jöns Jacob Berzelius), шведским химиком, доминировавшим в европейской химии в начале XIX века. Мосандер работал в лаборатории Берцелиуса, усваивая высокие требования старшего коллеги к атомным весам и точности анализа, и именно там он подружился сокурсником, который также стал одним из величайших химиков столетия, Фридрихом Вёлером (Friedrich Wöhler). Когда Берцелиус ушел с профессорской должности, Мосандер сменил его в 1832 году на посту профессора химии и минералогии — в некоторых источниках эта кафедра указывается как химия и фармация — в Каролинском институте. Он занимал этот пост до 1845 года, когда стал профессором и инспектором в Фармацевтическом институте, и в течение многих лет он одновременно работал помощником куратора минералогических коллекций в будущем Шведском музее естественной истории (Swedish Museum of Natural History), — именно эта должность давала ему ежедневный доступ к редким, плохо изученным минералам.

Раскрытие церия

Этот доступ имел решающее значение, потому что редкие земляные минералы начала XIX века были кошмаром для химиков: плотные, похожие друг на друга оксиды, которые сопротивлялись разделению любыми стандартными методами того времени. Церий, открытый десятилетиями ранее Берцелиусом и Вильгельмом Хизингером (Wilhelm Hisinger), считался единым элементом, заключенным в руде. Мосандер подозревал иное. Работая с оксидом церия, он обнаружил, что тщательная, повторяющаяся обработка — частичное разложение с последующим применением разбавленной азотной кислоты — удаляет второе вещество, скрытое внутри него. Он объявил о новом элементе в 1839 году и назвал его лантаном (lanthanum) от греческого слова «скрываться», что является подходящим названием для элемента, который десятилетиями маскировался под часть чего-то другого.

Загадка иттрия

Мосандер на этом не остановился. Обратившись к иттрию, другому редкоземельному оксиду, который, как уже было известно, был более сложным с химической точки зрения, чем казалось, он применил то же судебное терпение и в 1843 году извлек из него еще два элемента: тербий и эрбий. История этих двух названий сама по себе является небольшим памятником тому, насколько запутанной была эта химия — позже химики обнаружили, то первоначальные ярлыки Мосандера для свойств двух элементов были перепутаны, так что то, что сегодня называется тербием и эрбием, по некоторым данным, является зеркальным отражением того, что он изначально задумывал. Это очень незначительная историческая путаница, но она показательна: она показывает, насколько близко к краю современной техники выполнялась эта работа.

Дидимий: неудавшаяся попытка, которая все же имела значение

В 1840 году Мосандер выделил еще одно новое вещество в минералах группы церия и назвал его дидимием (didymium) от греческого слова «близнец», потому что его свойства были настолько близки к свойствам лантана и церия, что выделить его само по себе было достижением. Дидимий удерживал свои позиции в учебниках химии на протяжении десятилетий. Австрийскому химику Карлу Ауэру фон Вельсбаху (Carl Auer von Welsbach) потребовалось время до 1885 года, чтобы показать, что дидимий вовсе не является единым элементом, а представляет собой смесь двух других элементов — неодима и празеодима, а позже химики признали самарий еще одним компонентом, запутавшимся в образцах редкоземельных элементов той эпохи. «Близнецовый» элемент Мосандра в конце концов оказался скорее тройней. Тот факт, что его предварительное открытие продержалось как имеющее смысл, пусть и не чистое вещество, почти полвека, само по себе является мерой того, насколько тщательно он провел разделение с помощью доступных ему инструментов.

Признание и последние годы

Вклад Мосандера был признан на родине относительно рано: он был избран членом Шведской королевской академии наук (Royal Swedish Academy of Sciences) в 1833 году, когда он все еще закреплял работу, которая принесет ему известность. Его личная жизнь устроилась примерно в тот же период — 20 декабря 1832 года он женился на Хульде Филиппине Форстрём (Hulda Philippina Forsström), и у пары родилось четверо детей, рожденных двумя парами близнецов. В последние годы он ослеп из-за катаракты и скончался 15 октября 1858 года в своей летней резиденции на острове Лёвён (Lövön) (также упоминается как Энгсхольмен, Ängsholmen) в лене Стокгольм в возрасте шести одного года.

Почему Карла называют гением

Притязания Мосандера на гениальность основаны на узкой, но реальной форме научного таланта: необычайной терпимости к химической неопределенности в сочетании с ручной и аналитической дисциплиной, позволяющей разделять вещества, которые вели себя почти одинаково. Открытие лантана, тербия и эрбия не требовало новой теории материи — оно требовало замечания, что «чистое» соединение не является чистым, а затем наличия терпения доказать это с помощью повторяющихся, неброских циклов осаждения и кислотной обработки. Это ремесло в той же степени, что и прозрение, ближе к навыку мастера-металлурга, чем к скачкам теоретика, такого как его наставник Берцелиус. Честный контраргумент заключается в том, что Мосандер работал в рамках парадигмы, которую Берцелиус уже построил, используя методы, которые Берцелиус усовершенствовал, и что его самое амбициозное заявление — дидимий — оказалось неверным именно так, как могли предсказать его критики: смесь была принята за элемент. Но угадать три элемента в области, где путаница была нормой и где его собственные ошибки были исправлены лишь десятилетиями позже с помощью более чувствительных инструментов, является убедительным аргументом в пользу того, чтобы назвать его глаз на скрытую структуру в материи чем-то близким к гениальности, пусть и практического, а не теоретического толка.

Наследие

Имя Мосандра сегодня менее знаменито, чем открытые им элементы, но его метод — сомневаться в чистоте того, что все остальные называют элементом, и пробиваться к доказательству — стал шаблоном, которому химия редких земель следовала до конца XIX века, поскольку более поздние химики использовали ту же терпеливую логику, чтобы продолжать разделять его «элементы» на еще более мелкие.