Таблица Менделеева | ТМ 1939-03

А. ЭТЕРМАН, Рисунки С. ЛОДЫГИНА

В конце августа 1875 г. в кабинет акад. Вюрца робко входит его ученик, молодой французский химик Лекок-де-Буабодран, и долго не решается объяснить причину своего внезапного прихода. Наконец он вынимает из бокового кармана запечатанный зеленый конверт и вручает Вюрцу с просьбой сохранить его, не вскрывая. Получив заверения, что желание его будет исполнено, Буабодран уходит.

Несмотря на свою молодость, Лекок-де-Буабодран уже в совершенстве овладел спектральным анализом веществ. Он знал наизусть спектры всех элементов. Эти цветные полоски, которые получаются при разложении света, испускаемого раскаленными веществами, давали ключ к определению состава тел. Ведь каждый элемент обладает строго определенным сочетанием спектральных линий.

Однажды, изучая спектр минерала цинковой обманки, Буабодран, к своему удивлению, обнаруживает в спектре новую, никому доселе не известную ярко-фиолетовую линию. Ученый решает, что эта линия принадлежит новому, неизвестному еще элементу. Опасаясь, что кто-либо другой оповестит мир об этом открытии, Буабодран записывает все происшедшее и в запечатанном конверте передает Вюрцу в Академию наук. Возвратясь в лабораторию, Буабодран продолжает упорно проверять свое открытие, так как боится сделать преждевременный, опрометчивый вывод.

В спектре цинковой обманки Буабодран обнаружил новую, фиолетовую линию.

Настает наконец день, когда все сомнения отброшены, когда он полностью убедился в правильности своих наблюдений...

В конце сентября того же года, во время очередного заседания Парижской Академии наук, Вюрц при напряженном внимании всех присутствующих оглашает от имени своего ученика Лекока-де-Буабодрана документ, хранящийся в запечатанном конверте. В документе записано, что 27 августа 1875 г., между 3 и 4 часами пополудни, Лекок-де-Буабодран путем спектрального анализа обнаружил в цинковой обманке новый, неизвестный еще элемент. Этот элемент был назван галлием, в честь старинного названия родины Буабодрана — Франции.

Открытие галлия нашло отклик далеко за пределами Франции и помогло утверждению одного из основных законов химии.

Далеко от солнечной Франции, в далеком, хмуром Петербурге, проф. Дмитрий Иванович Менделеев сразу же оценил всю важность открытия молодого ученого. Узнав из протокола Парижской Академии об открытии галлия и о некоторых его свойствах, которые удалось установить Буабодрану, Менделеев сразу же решает, что галлий и есть тот самый элемент, существование которого он еще так недавно предсказывал на основании открытого им периодического закона.

*

Во времена Менделеева было известно всего 63 химических элемента. Несмотря на столь небольшое, казалось бы, число их, они не были систематизированы, распределены. Не было единой точки зрения на природу элементов, на причины их сходства и различия. Все попытки классификации химических элементов неизменно кончались неудачей. Объяснялось это тем, что их авторы не смогли найти такого признака, общего для всех элементов, который можно было бы положить в основу классификации.

В 1867 г. Менделеев приступает к чтению лекций по курсу неорганической химии в Петербургском университете. Излагая студентам совокупность сведений о химических веществах, Менделеев все чаще и чаще задумывается над взаимными отношениями элементов и основой их классификации. Он все больше и больше склоняется к мысли о том, что наиболее важным, наиболее всеобщим свойством всех химических элементов является вес, или, точнее, масса их атома. Постепенно крепнет убеждение Менделеева в том, что именно в атомных весах нужно искать причину сходства и различия элементов. Этот путь был уже отчасти испробован другими, но никто не пошел дальше предчувствия того великого закона природы, открытие и утверждение которого обессмертили имя Менделеева.

Однажды, придя поздно ночью домой, Менделеев решительно направляется в кабинет. Убеждения и мысли его созрели. Этой ночью он должен проверить, насколько правильны те взгляды, которые мучительно трудно вынашивались им в течение долгого времени. Он вынимает из шкапа лист картона и аккуратно нарезает 63 карточки, по числу химических элементов. На каждой карточке он пишет атомный вес элемента, название и важнейшие его свойства. Через некоторое время все 63 карточки заполнены. Теперь Дмитрий Иванович раскладывает их в ряд, в порядке нарастания атомных весов элементов.

Внимательно всматриваясь в длинный ряд карточек, Менделеев замечает, что свойства химических элементов изменяются по мере возрастания их атомного веса. Он берет первые 8 карточек, на которых нанесены элементы от водорода до фтора, и ставит их одну под другой так, чтобы атомные веса элементов возрастали сверху вниз.

Всю ночь раскладывал Менделеев карточки элементов, группируя их по свойствам и весам.

Образовавшийся вертикальный ряд карточек открывался водородом — самым легким из всех элементов. Вес его атома принят за единицу при вычислении атомных весов. Под водородом поставлен литий, с атомным весом, равным семи. Это самый легкий из известных металлов. Он очень энергично соединяется с кислородом и обладает ярко выраженными металлическими свойствами. У следующих за литием элементов — бериллия и бора — по мере возрастания атомных весов металлические свойства слабеют. Дальше вниз следуют углерод, азот, кислород и фтор — уже не металлы, а металлоиды, причем фтор оказался ярко выраженным металлоидом. По своим свойствам он является полной противоположностью лития. Таким образом, свойства этих 8 элементов по мере увеличения их атомных весов изменяются от металлических к металлоидным.

Следующий за фтором элемент — натрий — оказался опять резко выраженным металлом. Он как бы нарушал найденную закономерность. Вместо плавного изменения свойств здесь был резкий скачок от ярко выраженного металлоида — фтора — к типичному металлу — натрию. Однако свойства следующих за натрием 7 элементов опять плавно изменялись от металлических к металлоидным. Пятнадцатый элемент хлор — оказался опять резко выраженным металлоидом.

Теперь уже сомнений не было. Свойства элементов действительно зависят от их атомного веса, но зависимость эта не простая, а периодическая, повторяющаяся.

Когда Менделеев приставил первый вертикальный ряд элементов ко второму так, чтобы в первой строчке против лития оказался натрий, во всех остальных строчках оказались элементы, очень сходные между собой. Литий и натрий, углерод и кремний, азот и фосфор, фтор и хлор начинали собой естественные группы семейства элементов.

Дальше Дмитрий Иванович продолжил начало строк, подставив к ним сходные элементы так, что они стояли в порядке возрастания их атомных весов. Получилась таблица, названная впоследствии периодической системой элементов.

70 лет назад, 1 марта 1869 г., Менделеев напечатал составленную таблицу и разослал ее многим ученым. Это был первый опыт составления периодической системы элементов. В дальнейшем Дмитрий Иванович видоизменил ее, сделав периоды горизонтальными, а ряды, в которых стоят сходные элементы, вертикальными. В этом виде система существует и в наши дни.

Первый вариант периодической системы химических элементов, составленный Д. И. Менделеевым в 1869 г.

Современная периодическая система элементов.

Надо было обладать гением Менделеева, для того чтобы в то время, когда атомные веса ряда элементов были вычислены неправильно, а о существовании многих элементов вообще не было известно, напасть на след периодического закона. Надо было глубоко верить в свое открытие, чтобы, несмотря на кажущиеся непреодолимыми возражения, настаивать на безусловной правильности периодического закона.

Элементы, атомный вес которых был определен неверно, путали при помещении их в таблицу все карты. Место их в таблице не соответствовало их атомному весу. Менделеев смело преодолевает это препятствие, решив, что атомные веса этих элементов определены неправильно. Он исправляет атомные веса этих элементов в соответствии с их местом в периодической системе.

Стройности периодической таблицы очень мешало также отсутствие многих элементов, которые тогда не были известны. Вследствие этого таблица имела много пустых клеточек.

Из 63 элементов Менделееву удалось с полной уверенностью разместить в таблице только 36. Остальные элементы были им размещены лишь после того, как он уточнил их атомные веса. И все же места 7 элементов казались самому Менделееву сомнительными.

Все это, однако, не могло поколебать глубочайшего убеждения Менделеева в том, что им открыт один из важнейших законов природы. Его уверенность была настолько велика, что он решается на смелое предсказание 3 новых элементов, которые называет экабором, экаалюминием и экакремнием.

Проходит еще несколько лет после открытия Лекок-де-Буабодраном первого из предсказанных Менделеевым элементов — экаалюминия (галлия). Дмитрий Иванович занимается новыми исследованиями и очень активной педагогической работой в университете. Он упорно и много работает над дальнейшим уточнением открытого им периодического закона и совсем не предполагает, что ему предстоит скоро получить новую радостную весть, на этот раз с севера — из Швеции.

В 1884 г. известный шведский химик Нильсон сообщает, что им открыт второй из предсказанных Менделеевым элементов. Новый металл Нильсон назвал скандием. Свойства вполне отвечали предсказанному Менделеевым зкабору. Оправдались даже опасения Менделеева, что открытию экабора в минералах будет мешать присутствие другого химического элемента — иттрия.

«Таким образом, — заканчивает свое сообщение Нильсон, — подтверждаются соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование названных элементов — скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства».

Наконец, в 1886 г., немецкий ученый Винклер открывает третий предугаданный Менделеевым элемент. Винклер считает, что новый элемент — германий — как раз и есть предсказанный Менделеевым экакремний. Чтобы еще больше убедить читателей в этом, ученый заканчивает свое сообщение таблицей сравнения свойств экакремния и германия.

Менделеев:	Винклер:
1. Экакремний — плавкий металл, способный улетучиваться при сильном нагревании. 2. Атомный вес близок к 72. 3. Удельный вес около 5.5 и т. д.	1. Германий — серый металл, плавящийся около 950°, а при более высокой температуре улетучивающийся. 2. Атомный вес 72,6. 3. Удельный вес 5,469 при 20°.

В своем сообщении Винклер говорит: «Нельзя требовать более очевидного доказательства правильности периодического закона, чем поразительное совпадение свойств экакремния и германия. Это не простое подтверждение искусной теории — это блестящее расширение химического кругозора, великий шаг в области познаний».

*

Гениальное открытие Менделеева не сразу получило признание. Причиной этому служили, главным образом, слабые места менделеевской таблицы. Так, например, было известно, что атомный вес никеля меньше атомного веса кобальта, между тем кобальт стоит в таблице раньше никеля; другая пара элементов — иод и теллур — также была примером такого же нарушения периодического закона.

Менделеев сознательно допустил такое нарушение своей системы. Он считал, что свойства этих «спорных» элементов вполне достаточно определяют их место в таблице, в то время как атомный вес их мог быть определен неточно.

В 1894 г. весь ученый мир был поражен сенсационным открытием английского ученого Рамзая. Он нашел в воздухе новый, абсолютно недеятельный газ и назвал его аргоном (что значит «ленивый»). Далее, один за другим были открыты еще четыре недеятельных газа: криптон, ксенон, гелий и неон. Вновь открытые элементы образовали новую группу, существование которой как будто нарушало стройность периодической таблицы.

Вслед за работой Рамзая последовало открытие так называемых редкоземельных элементов. Менделеев не знает, куда поместить их в своей таблице, и откровенно признает: «Тут мое личное мнение еще ни на чем не остановилось, и тут я вижу одну из труднейших задач, представляемых периодической закономерностью».

Несмотря на эти противоречия и трудности, Дмитрий Иванович уверен в своей правоте. Он считает, что наука пока еще не может объяснить этих нарушений периодической системы. При дальнейшем изучении свойств инертных газов было найдено, что эти элементы представляют собой переходную группу между металлами и галоидами. Поэтому Менделеев охотно согласился с бельгийским ученым Эррером и поместил инертные газы в новую, дополнительную группу своей таблицы — нулевую.

Осталось последнее возражение против менделеевской таблицы — несоответствие атомных весов некоторых элементов их месту в системе (кобальт и никель, теллур и иод). Это возражение отпало только совсем недавно, когда наука вплотную подошла к разрешению загадки строения атома.

Во времена Менделеева атом считался неделимым. Ученые же нашего века доказали, что атом состоит из ядра, заряженного положительно, и окружающих его электронов, заряженных отрицательно. В 1913 г. английский ученый Г. Мозли занялся изучением рентгеновских спектров элементов. Он нашел, что эти спектры очень просты и состоят из немногих линий. Для каждого элемента длина волны этих линий оказалась в очень простой математической связи с порядковым числом, т. е. номером его места в общем ряду элементов. Таким образом, оказалось возможным определить порядковые числа всех элементов. Полученные числа определяли положение каждого элемента в менделеевской системе и объясняли все до сих пор спорные ее места. Порядковые номера кобальта и никеля, теллура и иода подтвердили гениальную догадку Менделеева, который поставил кобальт раньше никеля и теллур раньше иода, хотя атомные веса этих элементов не соответствовали их месту в системе.

Открытие Мозли сильно преобразило периодическую систему, и периодический закон формулируется теперь так: свойства элементов находятся в периодической зависимости от их порядковых номеров.

Развитие науки о строении атома позволило найти место в системе и для редкоземельных элементов, разрешив задачу, которую сам Менделеев не смог решить. Так одно за другим отпали все возражения против периодической системы, и закон Менделеева занимает почетное место среди важнейших законов естествознания. Значение этого закона прекрасно охарактеризовал Энгельс в «Диалектике природы»: «Менделеев, применяя бессознательно гегелевский закон о переходе количества в качество, совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Леверье, вычислившего орбиту еще неизвестной планеты, Нептуна» (К. Маркс и Ф. Энгельс. Соч., т. XIV, стр. 530. Соцэкгиз, 1935, Москва).