Каждый город бывает чем-нибудь знаменит. Небольшой французский городок Монпелье с давних пор славился морской солью и старейшим во Франции университетом.
Университет в этом городе был основан в XII в., а соль из морской воды стали добывать еще раньше: в бассейнах по мере испарения воды плотной белой пеленой выкристаллизовывалась соль; ее выгребали, а маточные рассолы сбрасывали в море.
В 1825 г. Балар, молодой преподаватель химии местного коллежа, заинтересовался соляными маточниками. Обрабатывая их различными химическими реактивами, Балар однажды пропустил через рассол струю хлора. Жидкость сразу же окрасилась в красно-бурый цвет, а при добавлении крахмального раствора разделилась на два слоя. Верхний слой окрасился в желтый цвет, а нижний в ярко-синий. Балар насытил маточный раствор хлором и перегнал его. При этом из раствора выделились красно-бурые пары, которые Балар сконденсировал с помощью хлористого кальция. Определив удельный вес красно-бурой жидкости, температуру кипения, важнейшие химические свойства, Балар уже не сомневался, что имеет дело с новым элементом. Поскольку это вещество было извлечено из соляных маточников, он назвал его муридом, потому что хлор раньше называли мурием.
30 ноября 1825 г. он послал в Парижскую академию наук подробное описание своего открытия, а позже сделал там устное сообщение. Комиссия в составе трех крупнейших французских химиков — Вокелена, Тенара и Гей-Люссака, назначенная для проверки опытов Балара, признала их правильными и предложила переименовать мурид в бром, что по-гречески означает «зловонный»: уж очень резок и неприятен был запах нового элемента.
Когда об открытии Балара узнал маститый немецкий химик Либих, тоже занимавшийся изучением состава соляных маточников, он с досадой сказал: «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».
Открытие йода тоже было случайным. В начале прошлого века порох готовили из угля, серы и селитры (черный порох). Последняя представляла собой природную калиевую селитру, которую привозили из Индии.
В период наполеоновских войн пороха требовалось так много, что небольшие залежи селитры в Индии вскоре иссякли. Тогда вспомнили о Южной Америке, где в Чили, в пустыне Атакама, к тому времени уже были открыты огромные скопления натриевой селитры. Она, как и калиевая селитра, была пригодна для изготовления черного пороха, но обладала большим недостатком — гигроскопичностью. Порох, изготовленный из натриевой селитры, быстро отсыревает и не загорается. Чтобы повысить качество пороха, химикам пришлось искать способ превращения натриевой селитры в калиевую.
При изучении состава золы разных растений было замечено, что в ней содержатся соли калия. Особенно много калиевых солей обнаружили в золе морских водорослей. В 1809 г. один испанский химик обработал чилийскую селитру золой морских водорослей, в результате чего калий заместил в селитре натрий и получилась калийная селитра. Способ был прост, не требовал больших затрат и специальных знаний.
Приготовление искусственной селитры стало выгодным делом, и люди разных профессий начали заниматься ее производством. В предместье Парижа небольшой селитряный завод построил фармацевт Куртуа. Кипятя в медных котлах растворы чилийской селитры с золой, Куртуа скоро заметил, что котлы разъедаются. Он стал доискиваться причин этого явления и обнаружил, что в маточном растворе после выпадения кристаллов селитры остаются какие-то соли. Они-то и разъедали медь.
Чтобы установить природу этих солей, их обрабатывали различными веществами. Когда к кристалликам солей прилили немного серной кислоты и двуокиси марганца, стали выделяться фиолетовые пары. Они быстро сгущались на воздухе в твердые кристаллы темного цвета, отливающие металлическим блеском. При легком нагреве они снова превращались в фиолетовые пары. Из-за цвета этих паров ученые назвали открытое Куртуа вещество йодом — от греческого слово «иодос» — фиолетовый. (Существует и другая версия открытия йода, но она больше походит на анекдот. Как-то Куртуа обедал в помещении, где приготовляли селитру. У него на плече сидела кошка. Вдруг она прыгнула и столкнула банку с серной кислотой. Банка разбилась, серная кислота пролилась на соль. Произошла реакция, и стали выделяться фиолетовые пары.
Так в истории науки развитие производства селитры дало толчок двум важнейшим открытиям. Первое — открытие Лебланом способа получения соды из NaCl, второе — открытие Куртуа йода. Это лишний раз подтверждает справедливость слов Энгельса, что «если у общества появляется техническая потребность, то она продвигает науку вперед больше, чем десяток университетов».
Бром и йод принадлежат к числу рассеянных элементов земной коры. В ничтожных количествах их разнообразные соли содержатся в морской воде, в рапе соляных озер, в буровых водах нефтеносных земель, в отложениях ископаемых солей, в кристаллических горных породах и некоторых минералах. В миллионных долях грамма йодистые и бромистые соли обнаруживаются в плодородных почвах и песках пустыни, в глинистых сланцах и известняках, в вулканическом пепле и атмосферном воздухе. В атмосфере прибрежных районов, куда соединения брома и йода попадают вместе с брызгами морской воды, содержание этих галогенов примерно в 10 раз больше, чем в атмосфере континентов.
В виде сложных органических соединений бром и йод содержатся в пресноводных и морских растениях, в организме животных и человека. Особенно много брома в стручках гороха, чечевицы, фасоли. У человека и животных бром обнаружен в гипофизе крови, в мозговой жидкости, почках, печени. Больше всего брома в мозгу. При нервных заболеваниях брома в крови и мозгу становится меньше; именно поэтому нервнобольным прописывают растворы бромистого калия и натрия.
Многие живые организмы обладают способностью накапливать йодистые соединения. В телах некоторых губок содержание йода достигает 8,5%. На дне морей и океанов растут целые леса водорослей. Все они накапливают в своих тканях много йода. Особенно богаты йодом морская капуста, фукусы и красная филофора. В 1 г морской воды имеется всего лишь 20—30 мг йода, в таком же количестве высушенной морской капусты — 1,5—2 кг, т. е. в 75—100 тысяч раз больше. В красной филофоре и в гигантской водоросли макроцистис концентрация йода еще выше. Наибольшее количество брома (из 1016 т в земной коре) содержится в рассеянном состоянии в кристаллических горных породах, а также в немногочисленных бромных минералах — аргерите, эмболите, йодобромиде. В хлористом аммонии, получаемом из аммиачной воды, обнаружена ничтожная примесь бромистых солей, что свидетельствует о его присутствии в каменном угле.
Довольно много йода содержат калича — селитроносная земля (0,02—0,17%) и сырая селитра (0,1—0,2%); встречается йод в месторождениях карналлита и сильвина (5—20 мг/кг). Ничтожная часть общего количества йода (в земной коре около 1015 т) сосредоточена в йодных минералах, встречающихся к тому же крайне редко; в йод-аргерите, йод-эмболите, купроиод-аргерите и лаутарите.
Бром, как и хлор, накапливается преимущественно в морских и океанских водах. В накоплении брома важную роль играет испарение морской воды, в результате которого увеличивается концентрация брома в жидкой и твердой фазах. Больше всего брома обнаруживают в соляных маточниках, остающихся после выпадения в осадок гипса и соли при испарении морской воды.
Мощными концентраторами брома являются зеленые части растений, особенно органические остатки после их отмирания. В растениях этого галогена нередко в десятки раз больше, чем в окружающей среде — почве, воде, воздухе. Накапливаясь в клетках растений, бром образует иные соединения. Неорганические соли, обычно встречающиеся в воде и почве, преобразуются в сложные органические соединения.
Накопление йода в природе еще более тесно связано с живым веществом. Живые организмы, поглощая йодистые соединения и соли из почвы, вод и воздуха, снова возвращают его в круговорот при своем отмирании.
В отличие от брома, йод не образует скоплений ни в жидкой, ни в твердой фазе при испарении морской воды. Более того, концентрация его в морской воде более чем в 100 раз ниже, чем брома, что обусловлено различием их физико-химических свойств. Йод накапливается в клетках и тканях растений преимущественно в виде солей йодистоводородной и йодноватой кислот, тогда как бром — чаще всего в форме органических комплексов.
Бромистые соединения в растениях настолько прочно связаны с растительными тканями, что при отмираний растений остаются в органических остатках, обогащая бромом воды и почвы. Йодистые же соединения частично разлагаются еще при жизни растений, выделяя в атмосферу свободный йод (особенно из водорослей).
Для обоих галогенов характерно стремление к рассеянию, но более сильно это проявляется у йода, что также связано с различием физико-химических свойств, в частности с величиной радиуса атома. Атомы химических элементов, у которых размер радиуса резко отклоняется от средних величин, обычно встречаются в земной коре в значительно меньших количествах, чем атомы других элементов, и склонны к рассеянию. Особенно характерна такая зависимость для ионов больших размеров.
Исследования кристаллических решеток элементов показывают, что наиболее устойчивые решетки образуют ионы со средними величинами радиуса. Ионы же с маленькими или большими радиусами обычно не склонны к скоплению и находятся, в рассеянном состоянии.
Различны пути накопления брома и йода, различны и пути их рассеяния. Тем не менее они оба вездесущи, оба пронизывают всю живую и неживую природу.