история открытия периодической системы

Главный закон естествознания

Говорят, что Архимед открыл свою Архимедову силу, купаясь в ванне. А закон тяготения? На его существование будто бы натолкнул Ньютона сущий пустяк: яблоко, упавшее с дерева. Кое-кто убежден, что атомный век не родился бы, будь получше погода весной 1896 года. Это она, мол, помогла Беккерелю обнаружить радиоактивность! Невероятно повезло и американскому физику Гансу Бете, немцу по происхождению. Представляете, ехал человек в поезде, беседовал о том о сём с соседом по купе, потом умолк, взял лист чистой бумаги и — бац! Через пару часов вывел почти все возможные химические реакции на Солнце… Существует версия, что и Дмитрию Ивановичу Менделееву его Периодический закон приснился во сне. Не верьте этим легендам! Открытию всегда предшествует скрупулезная, рутинная работа.

Домысел об открытии Периодической системы во сне не имеет никаких оснований. В архивах была найдена пачка документов — варианты и наброски таблицы, переплетенные руками Дмитрия Ивановича. Когда специалисты ознакомились с ними, то стало ясно: первую догадку и заседание Русского физико-химического общества, на котором 6 марта 1869 года Мишуткиным Н. А. от имени Менделеева сообщено об открытии закона периодичности, разделяют несколько лет упорнейшего труда.

Надо сказать, что и до Менделеева делались попытки систематизировать факты, накопленные наукой. Так, первую таблицу, а точнее, список элементов составил в 1789 году Антуан Лавуазье. В нее было включено 34 вещества, из которых, как предполагал ученый, состоят все тела на Земле. Но с оговорками, которые наука впоследствии частично подтвердила. Из перечисленных им элементов только 23 признала впоследствии наука, а остальные оказались смесями нескольких веществ.

Пытались классифицировать элементы и другие ученые: Деберейнер (Германия), Ньюлендс (Англия), де Шанкуртуа (Франция), Лотар Мейер (Германия). Но все неудачно. В чем же дело? Они не нашли общей для всех веществ закономерности. Один брал за основу теплопроводность, другой — удельный вес, третий — твердость. Понадобился гений Дмитрия Ивановича, чтобы понять все это многообразие, а затем и увидеть великий закон природы за еще очень неясной закономерностью — возрастанием атомных весов. Не нужно забывать, что относительный вес многих атомов (во сколько раз они тяжелее водорода) был еще измерен неточно, чуть ли не треть элементов вообще находилась за порогом незнания. Но это нисколько не смущало Менделеева. Классифицируя элементы, он исправил, как считал нужным, атомные веса (потом, более точные измерения подтвердили его правоту, по-новому обосновав и уточнив, но, не отвергнув принцип построения таблицы), предоставив золоту, платине, индию, бериллию «местожительство» в иных, вроде бы неподходящих периодах и группах. В соответствии со своей руководящей идеей он предусмотрел им место в таблице, надеясь на будущие открытия.

Таблица Юлиуса Лотара Мейера
Таблица Юлиуса Лотара Мейера

Непрерывно совершенствуя свою систему, Дмитрий Иванович придал ей через два года форму, похожую на современную. А затем он сделал еще один шаг: подробно описал еще три не открытых элемента. Он назвал их экасилицием (то есть «подобным кремнию»), экабором и экаалюминием.

Ученые холодно и недоверчиво встретили логические построения Менделеева, его Периодический закон. Но уже через четыре года французский физик Лекок де Буабодран обнаружил элемент, свойства которого в точности совпали с экаалюминием, он был назван галлием. Шведский ученый Л. Нильсон обнаружил скандий — аналог бора в 1879 году, и через 7 лет немец Клеменс Винклер получил экасилиций — германий. Гениальные предвидения Дмитрия Ивановича Менделеева сбылись.

Но открытый им закон еще не раз подвергался суровой проверке. Одна из них из-за места в таблице инертных газов. Но выход из этого тупика был. Двое русских ученых — Морозов и Лукашевич, — томившиеся в ту пору в казематах Шлиссельбургской крепости за революционную деятельность, задолго до открытия инертных газов внесли в таблицу особую, нулевую группу. Это не прихоть, не каприз какой-нибудь. Рассматривая периодичность в строении и свойства органических соединений, они заметили, что каждый ряд углеводородных радикалов заканчивается нейтральной молекулой типа метана, этана, пропана. И каждый период в таблице Менделеева, по их мнению, должен завершаться недеятельным элементом.

Если бы книга Николая Александровича Морозова, которую тот безуспешно пытался переслать из тюрьмы Менделееву, попала по назначению, то все бы сразу стало на свое место. Больше того, задолго до открытия инертных газов Рамзаем замечательный русский ученый теоретически вывел атомные веса недостающих элементов — 4, 20, 40, 82, — тех, что впоследствии получили названия: гелий, неон, аргон и криптон.

Николай Александрович Морозов химик
Николай Александрович Морозов

К сожалению, об этой поразительной догадке мир узнал через много лет, когда сам Рамзай определил место инертным газам при помощи и на основании периодического закона. Менделеев сразу согласился с ним, и в таблицу были внесены соответствующие поправки, отчего она приобрела еще большую стройность.

А потом обнаружился еще один «подводный камень» — редкоземельные элементы. Они не вмещались в отведенные им клетки. Опять появилось сомнение в истинности Периодического закона. Но цепь блестящих открытий, сделанных физиками в начале XX века, подтвердила его правильность и вскрыла истинную причину периодичности элементов, и повторяемости их свойств.

В 1910 году сподвижник Резерфорда английский ученый Фредерик Содди установил, что некоторые элементы имеют разновидности — изотопы, отличающиеся друг от друга атомным весом. Тогда стало понятным, почему никель и теллур находятся после кобальта и йода, хотя и легче их.

Что же в таком случае брать за основу?

— Порядковый номер, — сказал Резерфорд, рассчитавший величину отклонения альфа-частиц по заряду ядра атома. Он высказал предположение, что возможно и решение обратной задачи: по степени отклонения вычислять и заряд ядра. Ганс Гейгер и английский физик Мардсен опытным путем доказали, что формула Резерфорда верна. Они исследовали заряд ядер атома меди, серебра и платины, которые оказались равными 29, 47 и 78. Взглянув на таблицу Менделеева, вы можете убедиться, что именно эти места занимают металлы в своих периодах. Следует упомянуть еще об одном открытии, которое было сделано талантливым учеником Резерфорда Генри Мозли, измерившим рентгеновские спектры большинства элементов. Найденная им закономерность между длиной волны и их порядковым номером оказалась очень простой и надежной. Этот метод позволяет безошибочно определять место элемента в таблице Менделеева. Пользуясь своим методом, Мозли подсказал, где следует искать еще не открытые элементы с порядковыми номерами 61 и 72.

В конце концов, ученые нашли место и для редкоземельных и для заурановых элементов. Они заняли отдельные строчки в нижней части таблицы.

Сколько же всего существует химических элементов? Чтобы ответить на этот вопрос, надо договориться, что следует называть «получением» нового элемента. Все зависит здесь от быстроты, с какой мы обнаружим, что он найден. Так вот, возможности химических методов давно закончились. Что же касается физических способов, то они позволяют заметить появление изотопов на ничтожное время. Ученые считают, что эти методы дадут возможность обнаружить еще четыре — пять элементов, прежде чем возможности этих методов также будут исчерпаны.