Історія відкриття періодичного закону та періодичної системи хімічних елементів. Відкриття періодичного закону хімічних елементів Д.І.

2.2. Історія створення періодичної системи.

Взимку 1867-68 року Менделєєв почав писати підручник "Основи хімії" і одразу зіткнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 року, обмірковуючи структуру підручника, він поступово дійшов висновку, що властивості простих речовин (а це є форма існування хімічних елементів у вільному стані) та атомні маси елементів пов'язує певна закономірність.

Менделєєв багато чого не знав про спроби його попередників розташувати хімічні елементи щодо зростання їх атомних мас і про казусах, що виникають при цьому. Наприклад, він не мав майже жодної інформації про роботи Шанкуртуа, Ньюлендса та Мейєра.

Вирішальний етап його роздумів настав 1 березня 1869 (14 лютого за старим стилем). На день раніше Менделєєв написав прохання про відпустку на десять днів для обстеження артельних сироварень у Тверській губернії: він отримав лист із рекомендаціями щодо вивчення виробництва сиру від А. І. Ходнєва - одного з керівників Вільного економічного товариства.

У Петербурзі цього дня було похмуро і морозно. Під вітром поскрипували дерева в університетському саду, куди виходили вікна помешкання Менделєєва. Ще в ліжку Дмитро Іванович випив кухоль теплого молока, потім підвівся, вмився і пішов снідати. Настрій у нього був чудовий.

За сніданком Менделєєву спала на думку несподівана думка: зіставити близькі атомні маси різних хімічних елементів та його хімічні властивості. Недовго думаючи, на звороті листи Ходнева він записав символи хлору Cl і калію K з досить близькими атомними масами, рівними відповідно 35,5 і 39 (різниця лише 3,5 одиниці). На тому листі Менделєєв накидав символи інших елементів, відшукуючи серед них подібні "парадоксальні" пари: фтор F і натрій Na, бром Br і рубідій Rb, йод I і цезій Cs, для яких відмінність мас зростає з 4,0 до 5,0 а потім і до 6,0. Менделєєв тоді було знати, що " невизначена зона " між явними неметалами і металами містить елементи - благородні гази, відкриття яких у подальшому істотно видозмінить Періодичну систему.

Після сніданку Менделєєв закрився у своєму кабінеті. Він дістав з конторки пачку візитних карток і став на їхній звороті писати символи елементів та їхні головні хімічні властивості. Через деякий час домочадці почули, як з кабінету почало долинати: "У-у-у! Рогата. Ух, яка рогата! Я ті здолаю. Уб'ю-у!". Ці вигуки означали, що у Дмитра Івановича настала творча наснага. Менделєєв перекладав картки з одного горизонтального ряду в інший, керуючись значеннями атомної маси та властивостями простих речовин, утворених атомами одного й того самого елемента. Вкотре на допомогу йому прийшло досконале знання неорганічної хімії. Поступово почав вимальовуватись образ майбутньої Періодичної системи хімічних елементів. Так, спочатку він поклав картку з елементом бериллієм Be (атомна маса 14) поруч із карткою елемента алюмінію Al (атомна маса 27,4), за тодішньою традицією прийнявши берилій за аналог алюмінію. Однак потім зіставивши хімічні властивості, він помістив берилій над магнієм Mg. Засумнівавшись у загальноприйнятому тоді значенні атомної маси берилію, він змінив її на 9,4, а формулу оксиду берилію переробив з Be 2 O 3 BeO (як у оксиду магнію MgO). До речі, "виправлене" значення атомної маси берилію підтвердилося лише за десять років. Так само сміливо діяв він і в інших випадках.

Поступово Дмитро Іванович дійшов остаточного висновку, що елементи, розташовані за зростанням їх атомних мас, виявляють явну періодичність фізичних та хімічних властивостей. Протягом усього дня Менделєєв працював над системою елементів, ненадовго відриваючись, щоб пограти з дочкою Ольгою, пообідати і повечеряти.

Увечері 1 березня 1869 року він набіло переписав складену ним таблицю і під назвою "Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній подібності" послав її в друкарню, зробивши позначки для наборщиків і поставивши дату "17 лютого 1869 року" (це по старому стилю).

Так було відкрито Періодичний закон, сучасне формулювання якого така: Властивості простих речовин, і навіть форми і властивості сполук елементів перебувають у періодичної залежність від заряду ядер їх атомів.

Надруковані листки з таблицею елементів Менделєєв розіслав багатьом вітчизняним та зарубіжним хімікам і тільки після цього виїхав з Петербурга для обстеження сироварень.

До від'їзду він ще встиг передати Н. А. Меншуткіну, хіміку-органіку та майбутньому історику хімії, рукопис статті "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів" - для публікації в Журналі Російського хімічного товариства та для повідомлення на майбутньому засіданні товариства.

18 березня 1869 Меншуткін, який був на той час діловодом товариства, зробив від імені Менделєєва невелику доповідь про Періодичному законі. Доповідь спочатку не привернула особливої ​​уваги хіміків, і Президент російського хімічного суспільства, академік Микола Зінін (1812-1880) заявив, що Менделєєв робить те, чим слід займатися справжньому досліднику. Щоправда, через два роки, прочитавши статтю Дмитра Івановича "Природна система елементів і застосування її до вказівки властивостей деяких елементів", Зінін змінив свою думку і написав Менделєєву: "Дуже, дуже добре, добре відмінних зближень, навіть весело читати, дай Бог Вам удачі у дослідному підтвердженні Ваших висновків. Щиро Вам відданий і глибоко Вас поважаючий Н. Зінін". Не всі елементи Менделєєв розмістив у порядку зростання атомних мас; у деяких випадках він більше керувався схожістю хімічних властивостей. Так, у кобальту Co атомна маса більша, ніж у нікелю Ni, у телуру Te вона також більша, ніж у йоду I, але Менделєєв розмістив їх у порядку Co – Ni, Te – I, а не навпаки. Інакше телур потрапляв би до групи галогенів, а йод ставав родичем селену Se.

Своєю дружиною та дітям. А може, він і знав, що вмирає, але не хотів турбувати і хвилювати заздалегідь сім'ю, яку любив палко і ніжно». О 5 год. 20 хв. 20 січня 1907 р. Дмитро Іванович Менделєєв помер. Похований він на Волковському цвинтарі в Петербурзі, неподалік могил своєї матері та сина Володимира. У 1911 р. ініціативу передових російських учених було організовано Музей Д.І. Менделєєва, куди...

Станція московського метрополітену, науково-дослідне судно для океанографічних досліджень, 101-й хімічний елемент та мінерал – менделеєвий. Російськомовні вчені-жартівники іноді запитують: "А чи не єврей чи Дмитро Іванович Менделєєв, аж надто дивне прізвище, чи не від прізвища "Мендель" воно сталося?" Відповідь на це питання надзвичайно проста: "Всі чотири сини Павла Максимовича Соколова, ...

Ліцейський іспит, на якому старий Державін благословив юного Пушкіна. Роль метра довелося зіграти академіку Ю.Ф.Фріцше відомому фахівцю в органічній хімії. Кандидатська дисертація Д.І.Менделєєв закінчив Головний Педагогічний інститут у 1855 р. Кандидатська дисертація "Ізоморфізм у зв'язку з іншими відносинами кристалічної форми до складу" стала його першою великою науковою...

Переважно з питання капілярності і поверхневому натягу рідин, а години дозвілля проводив серед молодих російських учених: С.П. Боткіна, І.М. Сєченова, І.А. Вишнеградського, А.П. Бородіна та ін. У 1861 р. Менделєєв повертається до Санкт-Петербурга, де відновлює читання лекцій з органічної хімії в університеті і видає чудовий на той час підручник: "Органічна хімія", в...

У книзі видатного радянського історика хімії Н.Ф.Фігуровського "Нарис загальної історії хімії. Розвиток класичної хімії в XIX столітті" (М., Наука, 1979). наведено основні періоди відкриття 63 хімічних елементів з найдавніших часів до 1869 - року встановлення Дмитром Івановичем Менделєєвим (1834-1907) Періодичного закону:

1. Найдавніший період (від V тисячоліття до н.е. та до 1200 р. н.е.).

До цього тривалого періоду відноситься знайомство людини з 7 металами давнини - золотом, сріблом, міддю, свинцем, оловом, залізом та ртуттю. Крім цих елементарних речовин у давнину були відомі сірка та вуглець, що зустрічаються в природі у вільному стані.

2. Алхімічний період.

У цей період (від 1200 до 1600) було встановлено існування декількох елементів, виділених або в процесі алхімічних пошуків шляхів трансмутації металів, або в процесах виробництва металів і переробки різних руд ремісниками-металургами. Сюди відносяться миш'як, сурма, вісмут, цинк, фосфор.

3. Період виникнення та розвитку технічної хімії (кінець XVII ст.-1751 р.).

У цей час у результаті практичного вивчення особливостей різних металевих руд та подолання труднощів, що виникають при виділенні металів, а також відкриттів у процесі мінералогічних експедицій було встановлено існування платини, кобальту, нікелю.

4. Перший етап хіміко-аналітичного періоду у розвитку хімії (1760-1805 рр.).У цей період за допомогою якісного та вагового кількісного аналізів було відкрито ряд елементів, причому частина з них лише у вигляді "земель": магній, кальцій (встановлення відмінності вапна та магнезії), марганець, барій (барит), молібден, вольфрам, телур, уран (окис), цирконій (земля), стронцій (земля), титан (окис), хром, берилій (окис), ітрій (земля), тантал (земля), церій (земля), фтор (плавикова кислота), паладій, родій, осмій та іридій.

5. Етап пневматичної хімії.У цей час (1760-1780 рр.) було відкрито газоподібні елементи - водень, азот, кисень і хлор (останній вважався складною речовиною - окисленою соляною кислотою до 1809 р.).

6. Етап отримання елементів у вільному стані шляхом електролізу (Г.Деві, 1807-1808 рр.)та хімічним шляхом: калій, натрій, кальцій, стронцій, барій та магній. Всі вони, втім, і раніше були відомі у вигляді "вогнепостійних" (їдких) лугів та лужних земель, або м'яких лугів.

7. Другий етап хіміко-аналітичного періоду у розвитку хімії (1805-1850 рр.).В цей час в результаті вдосконалення методів кількісного аналізу та розробки систематичного ходу якісного аналізу були відкриті бор, літій, кадмій, селен, кремній, бром, алюміній, йод, торій, ванадій, лантан (земля), ербій (земля), тербій (земля) ), рутеній, ніобій.

8. Період відкриття елементів за допомогою спектрального аналізу, безпосередньо слідом за розробкою та введенням цього методу у практику (1860-1863 рр.): цезій, рубідій, талій та індій."

Як відомо, перша в історії хімії "Таблиця простих тіл" була складена А. Лавуазьє в 1787 р. Усі прості речовини були поділені на чотири групи: "I. Прості речовини, представлені у всіх трьох царствах природи, які можна розглядати як елементи тіл: 1) світло, 2) теплород, 3) кисень, 4) азот, 5) водень II. ) радикал плавикової кислоти, 6) радикал борної кислоти III. 8) залізо, 9) марганець, 10) ртуть, 11) молібден, 12) нікель, 13) золото, 14) платина, 15) свинець, 16) вольфрам, 17) цинк IV. ) вапно (вапняна земля), 2) магнезія (основа сульфату магнію), 3) барит (важка земля), 4) глинозем (глина, квасцова земля), 5) кремнезем (кремниста земля)".

Ця таблиця лягла основою хімічної номенклатури, розробленої Лавуазьє. Д.Дальтон увів у науку найважливішу кількісну характеристику атомів хімічних елементів - відносну вагу атомів або атомну вагу.

При знайденні закономірностей у властивостях атомів хімічних елементів вчені насамперед звернули увагу характер зміни атомних терезів. У 1815-1816 pp. англійський хімік У.Праут (1785-1850) опублікував в "Анналах філософії" дві анонімні статті, в яких було висловлено та обґрунтовано ідею, що атомні ваги всіх хімічних елементів є цілочисленними (тобто кратними атомній вазі водню, який приймався тоді рівним) одиниці): "Якщо погляди, які ми зважилися висловити, правильні, то ми майже можемо вважати, що перша матерія древніх втілена у водні...". Гіпотеза Праута була дуже привабливою і викликала постановку багатьох експериментальних досліджень з метою якнайточнішого визначення атомних ваг хімічних елементів.

У 1829 р. німецький хімік І.Деберейнер (1780-1849) зіставляв атомні ваги у подібних хімічних елементів: Літій, Кальцій, Хлор, Сірка, Марганець, Натрій, Стронцій, Бром, Селен, Хром, Калій, Барій, Йод, Залізо і виявив, що атомна вага середнього елемента дорівнює напівсумі атомних ваг крайніх елементів. Пошуки нових тріад привели Л.Гмеліна (1788-1853) – автора всесвітньо відомого довідкового посібника з хімії – до встановлення численних груп подібних елементів та до створення їх своєрідної класифікації.

У 60-х роках. XIX століття вчені перейшли до зіставлення між собою самих груп хімічно подібних елементів. Так, професор Паризької гірничої школи А.Шанкуртуа (1820-1886) розташував усі хімічні елементи на поверхні циліндра в порядку зростання їх атомних ваг так, щоб вийшла "гвинтова лінія". При такому розташуванні подібні елементи часто потрапляли на ту саму вертикальну лінію. У 1865 р. англійським хіміком Д.Ньюлендсом (1838-1898) була опублікована таблиця, яка включала 62 хімічні елементи. Елементи були розташовані та пронумеровані у порядку зростання атомних ваг.

Ньюлендс використовував нумерацію, щоб наголосити, що через кожні сім елементів властивості хімічних елементів повторюються. При обговоренні в Лондонському хімічному суспільстві в 1866 р. нової статті Ньюлендса (її до публікації не рекомендували) професор Дж.Фостер із сарказмом запитав: "Чи не пробували Ви розмістити елементи в алфавітному порядку їх назв і не помітили чи при такому розташуванні будь-яких нових закономірностей?

У 1868 р. англійський хімік У.Олдінг (1829-1921) запропонував таблицю, яка, на думку автора, демонструвала закономірний взаємозв'язок між усіма елементами.

У 1864 р. німецький професор Л.Майєр (1830-1895) склав таблицю із 44 хімічних елементів (із 63 відомих).

Оцінюючи цей період, Д. І. Менделєєв писав "Немає жодного скільки-небудь загального закону природи, який би ґрунтувався відразу, завжди його твердженню передує багато передчуттів, а визнання закону настає не тоді, коли він цілком усвідомлений у всьому його значенні, а лише після затвердження його наслідків досвідами, які дослідники повинні визнавати вищою інстанцією своїх міркувань і думок " .

У 1868 р. Д.І.Менделєєв почав працювати над курсом "Основи хімії". Для найбільш логічного розташування матеріалу необхідно було якось розкласифікувати 63 хімічні елементи. Перший варіант Періодичної системи хімічних елементів був запропонований Д. І. Менделєєвим у березні 1869 р.

Через два тижні на засіданні Російського хімічного товариства було зачитано доповідь Менделєєва "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів", в якій обговорювалися можливі принципи класифікації хімічних елементів:

1) стосовно їх водню (формули гідридів); 2) стосовно їх кисню (формули вищих кисневих оксидів); 3) за валентністю; 4) за величиною атомної ваги.

Далі протягом наступних років (1869-1871 рр.) Менделєєв вивчав і перевіряв ще раз ті закономірності і "невідповідності", які були помічені в першому варіанті "Системи елементів". Підводячи підсумок цієї роботи, Д.І.Менделєєв писав: "У міру зростання атомної ваги елементи спершу мають нові і нові мінливі властивості, а потім ці властивості знову повторюються в новому порядку, в новому рядку і в ряді елементів і в тій же послідовності. А тому Закон періодичності можна сформулювати наступним чином: "Властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності (тобто правильно повторюються) від їхньої атомної ваги". природи винятків не терплять... Твердження закону можливе лише за допомогою виведення з нього наслідків, без нього неможливих і неочікуваних, і виправдання тих наслідків та досвідченої перевірки.Томусь побачивши періодичний закон, я зі свого боку (1869-1871) вивів із до нього такі логічні наслідки, які могли показати, вірний він чи ні. гих, мало на той час обстежених елементів... Треба щось одне - чи вважати періодичний закон вірним остаточно і що становить нове знаряддя хімічних знань, або його відкинути " .

Протягом 1872-1874 р.р. Менделєєв став займатися іншими проблемами, а хімічної літератури про Періодичному законі майже згадувалося.

У 1875 р. французький хімік Л. де Буабодран повідомив, що з дослідженні цинкової обманки він спектроскопічно виявив у ній новий елемент. Він отримав солі цього елемента та визначив його властивості. На честь Франції він назвав новий елемент галієм (так Францію називали стародавні римляни). Порівняємо, що передбачав Д. І. Менделєєв і що було знайдено Л. де Буабодраном:

У першому повідомленні Л. де Буабодрана питома вага галію була знайдена рівним 4.7. Д.І.Менделєєв вказав йому на його помилку. При більш ретельному вимірі питома вага галію дорівнювала 5.96.

У 1879 р. з'явилося повідомлення шведського хіміка Л. Нільсона (1840-1899) про відкриття нового хімічного елемента - скандія. Л.Нільсон відніс скандій до рідкісноземельних елементів. П.Т.Клеве вказав Л.Нильсону те що, що солі скандія безбарвні, його окис нерозчинна в лугах і що скандій є передбачений Д.И.Менделеевым екабор. Порівняємо їх властивості.

Аналізуючи новий мінерал у лютому 1886 р. німецький професор К. Вінклер (1838-1904) відкрив новий елемент і вважав його аналогом сурми та миш'яку. Виникла дискусія. К. Вінклер погодився, що відкритий ним елемент - це передбачений Д. І. Менделєєвим екасіліцій. Вінклер назвав цей елемент германієм.

Отже, вчені-хіміки тричі підтвердили існування передбачених Менделєєвим хімічних елементів. Більше того, саме передбачені Менделєєвим властивості цих елементів та їх становище у Періодичній системі дозволили виправити помилки, яких мимоволі припускали експериментатори. Подальший розвиток хімії відбувався на міцній основі Періодичного закону, який у 80-х роках ХІХ ст. був визнаний усіма вченими як один із найважливіших законів природи. Таким чином, найважливішою характеристикою будь-якого хімічного елемента є його місце в Періодичній системі Д. І. Менделєєва.

Сім'я Менделєєвих жила в будинку на крутому високому березі річки Тобол у Тобольську, тут і народився майбутній учений. На той час у Тобольську відбували заслання багато декабристів: Анненков, Барятинський, Вольф, Кюхельбекер, Фонвізен та ін. Вони заражали своєю мужністю, працьовитістю оточуючих. Їх не зламали не в'язниці, ні каторга, ні заслання. Таких людей бачив Митя Менделєєв. У спілкуванні з ними формувалася любов до Батьківщини, відповідальність за її майбутнє. Сім'я Менделєєвих була у дружніх та споріднених відносинах з декабристами. Д. І. Менделєєв писав: «… тут жили поважні та всіма шановані декабристи: Фонвізен, Анненков, Муравйов, близькі до нашої родини, особливо після того, як один з декабристів, Микола Васильович Басаргін, одружився з моєю сестрою Ольгою Іванівною… Сім'ї декабристів , в ті часи надавали тобольського життя особливий відбиток, наділяли його світським вихованням. Переказ про них досі живе у Тобольську».

У 15 років Дмитро Іванович закінчив гімназію. Його мати Марія Дмитрівна доклала чимало зусиль, аби юнак продовжив освіту.

Мал. 4. Мати Д. І. Менделєєва - Марія Дмитрівна.

Менделєєв намагався вступити до Медико-хірургічної академії у Петербурзі. Однак анатомія виявилася не під силу вразливому юнакові, тому Менделєєву довелося змінити медицину на педагогіку. У 1850 р. він вступає до Головного педагогічного інституту, де колись навчався його батько. Тільки тут Менделєєв відчув смак до навчання і незабаром став одним із найкращих.

У віці 21 року Менделєєв блискуче витримав вступні іспити. Навчання Дмитра Менделєєва в Петербурзі в педагогічному інституті спочатку давалося нелегко. На першому курсі він примудрився з усіх предметів, окрім математики, отримати незадовільні оцінки. Але на старших курсах справа пішла по-іншому - середньорічний бал Менделєєва дорівнював чотирьом з половиною (з п'яти можливих).

Його дипломна робота про явище ізоморфізму була визнана кандидатською дисертацією. Талановитого студента 1855г. призначили вчителем Рішельєвської гімназії в Одесі Тут він підготував другу наукову працю – «Питомі обсяги». Ця праця була представлена ​​як магістерська дисертація. У 1857р. після її захисту Менделєєв отримав звання магістра з хімії, став приват-доцентом Петербурзького університету, де читав лекції з органічної хімії. У 1859 р. був відряджений за кордон.

Два роки Менделєєв провів у різних університетах Франції та Німеччини, але найрезультативнішою була його дисертаційна робота в Гейдельберзі у найбільших учених того часу Бунзена та Кірхгоффа.

Безсумнівно, життя вченого сильно вплинув характер середовища, у якому пройшло його дитинство. Замолоду і до старості він робив усе і завжди по-своєму. Починаючи з звичайних дрібниць і продовжуючи у значному. Племінниця Дмитра Івановича, Н. Я. Капустіна-Губкіна згадувала: «У нього були свої улюблені страви, їм самим для себе придумані… Він завжди носив широку сукняну куртку без пояса самим ним придуманого фасону… Курив кручені цигарки, згортаючи їх сам…». Створив зразковий маєток – і одразу його закинув. Провів чудові експерименти зі зчеплення рідин, і відразу назавжди залишив цю галузь науки. А які скандали він начальству закочував! Ще в юності, що не оперився випускником Педагогічного інституту, накричав на директора департаменту, за що був покликаний до самого міністра Авраама Сергійовича Нороватова. Втім, йому директор департаменту – він і з синодом не порахувався. Коли той наклав на нього семирічну покуту з нагоди розлучення з Феозою Микитівною, яка так і не примирилася зі своєрідністю його інтересів, Дмитро Іванович за шість років до належного терміну вмовив священика в Кронштадті знову повінчати його. А чого варта історія його польоту на повітряній кулі, коли він силою захопив аеростат, що належить військовому відомству, вигнавши з кошика генерала Кованька, досвідченого повітроплавця… Скромністю Дмитро Іванович не страждав, навпаки - «Скромність – мати всіх вад», - стверджував Менделєєв.

Самобутність особистості Дмитра Івановича спостерігалася у поведінці вченого, а й у всьому його образі. Його племінниця Н. Я. Капустіна-Губкіна намалювала наступний словесний портрет вченого: «Грива довгого пухнастого волосся навколо високого білого чола, дуже виразного і дуже рухливого… Ясні сині, проникливі очі… У ньому багато хто знаходив подібність із Гарібальді… Під час розмови він завжди жестикулював . Широкі, швидкі, нервові рухи рук завжди відповідали його настрою... Тембр голосу в нього був низький, але звучний і виразний, але тон його дуже змінювався і часто переходив з низьких нот на високі, майже тенорові... Коли він говорив про те, чого не любив , то морщився, нагинався, вохкав, пищав ... ». Улюбленим заняттям на дозвіллі у Менделєєва протягом багатьох років було виготовлення валіз та рамок для портретів. Припаси для цих робіт він купував у вітальні.

Самобутність Менделєєва виділяла його із загальної маси з юності... Навчаючись у педагогічному інституті, синьоокий сибіряк, що не мав жодного гроша за душею, несподівано для панів професорів почав виявляти таку гостроту розуму, таку шаленство в праці, що залишив далеко позаду всіх своїх товаришів. Саме тоді його помітив та полюбив дійсний статський радник, відомий діяч народної освіти, педагог, науковець, професор хімії Олександр Абрамович Воскресенський. Тому в 1867 році на посаду професора загальної та неорганічної хімії фізико-математичного факультету в Петербурзькому університеті Олександр Абрамович рекомендував свого улюбленого учня – тридцяти трьох років Дмитра Івановича Менделєєва. У травні 1868 року у Менделєєвих народилася улюблена дочка Ольга...

Тридцять три – традиційний вік подвигу: у тридцять три, згідно з билиною сліз із печі Ілля Муромець. Але хоча в цьому сенсі життя Дмитра Івановича не склало винятку, сам він навряд чи міг відчути, що відбувається різкий поворот у його житті. Замість курсів технічної, чи органічної, чи аналітичної хімії, читаних їм раніше, треба було приступити до читання нового курсу, загальної хімії.

Звичайно, за накатаним простіше. Однак коли він приступав до своїх колишніх курсів, теж було не просто. Російських посібників або існувало зовсім, або існували, але - застарілі. Хімія справа нова, молода, а в молодості все старіє швидко. Іноземні підручники, найновіші, доводилося перекладати самому. Він перекладав – «Аналітичну хімію» Жерара, «Хімічну технологію» Вагнера. А з органічної хімії і в Європі нічого гідного не знайшлося, хоч сам сідай та пиши. І написав. За два місяці, зовсім новий, на нових засадах заснований курс, тридцять друкованих аркушів. Шістдесят днів щоденної запійної праці – по дванадцять готових сторінок на добу. Саме за добу – він не бажав ставити свій розпорядок залежно від такої дрібниці, як обертання земної кулі навколо своєї осі, не вставав з-за столу і по тридцять годин, і по сорок.

Дмитро Іванович міг не тільки запійно трудитися, а й так само запійно спати. Нервова система Менделєєва була надзвичайно чутлива, почуття загострені - майже всі мемуаристи, не змовляючись, повідомляють, що він надзвичайно легко, постійно зривався на крик, хоча, по суті був людиною доброю.

Не виключено, що вроджені особливості особистості Дмитра Івановича пояснювалися його пізньою появою в сім'ї – він був «останком», сімнадцятою дитиною. А згідно з нинішніми уявленнями, можливості мутацій у потомства зростають із збільшенням віку батьків.

Першу свою лекцію з загальної хімії він почав так:

«Все помічене нами ми ясно розрізняємо як речовину, чи явище. Речовина займає простір і має вагу, а явище є те, що відбувається у часі. Кожна речовина виявляє різноманітні явища, і немає жодного явища, що відбувається без речовини. Різноманітність речовин та явищ не може вислизнути від уваги кожного. Відкривати законність, тобто простоту і правильність у цій різноманітності, означає вивчати природу…»

Відкривати законність, тобто простоту, і правильність… Речовина має вагу… Речовина… Вага… Речовина… Вага…

Він думав про це безперервно, чим би не займався. А чим він лише не займався! У Дмитра Івановича часу вистачало на все. Здавалося б, отримав, нарешті, найкращу хімічну кафедру Росії, квартиру казенну, можливість безбідно, без біганини за приробітком існувати, - так зосередься на головному, а все інше по боці... Купив ім'я у 400 десятин землі і вже через рік заклав у маєтку досвідчені підлога, на яких вивчала можливість повернути назад виснаження землі за допомогою хімії. Одні з перших у Росії.

Минуло півтора роки як одну мить, а справжньої системи у спільній хімії все ще не було. Це не означає, що свій курс Менделєєв читав зовсім безсистемно. Він почав з того, що знайоме кожному, – з води, з повітря, з вугілля, із солей. З елементів, що містяться в них. З головних законів, відповідно до яких речовини між собою взаємодіють.

Потім розповів про хімічних родичів хлору – фтор, бром, йод. Це була остання лекція, стенограму якої він ще встиг заслати до друкарні, де набирався другий випуск нової книги, затіяної ним.

Перший випуск – кишенькового формату, був надрукований у січні 1869 року. На титульному аркуші значилося: «Основи хімії Д. Менделєєва» . Ні передмов. Перший випуск, що вже вийшов, і другий, який перебував у друкарні, мали скласти, за задумом Дмитра Івановича, першу частину курсу, а ще два випуски – другу частину.

У січні та першій половині лютого Менделєєв прочитав лекції про натрій та інші лужні метали, написав відповідний розділ другої частини «Основ хімії» - І застряг.

У 1826 році Єнс Якоб Берцеліус закінчив дослідження 2000 речовин і на цій основі визначення атомної ваги трьох десятків хімічних елементів. У п'яти з них атомна вага була визначена не правильно - у натрію, калію, срібла, бору та кремнію. Берцеліус помилився, тому що застосував два неправильні припущення: що в молекулі оксиду може бути лише один атом металу і що в рівному обсязі газів міститься однакова кількість атомів. Насправді в молекулі оксиду може бути і два і більше атоми металу, а в рівному обсязі газів, згідно із законом Авогадро, міститься однакова кількість не атомів, а молекул.

Аж до 1858 року, коли італієць Станіслао Канніцаро, відновивши в правах закон свого співвітчизника Авогадро, виправив атомні ваги кількох елементів, у справі з атомними вагами панувала плутанина.

Тільки в 1860 році на хімічному з'їзді в Карлсруе після гарячих суперечок плутанина була розплутана, закон Авогадро остаточно відновлено у своїх правах і з'ясовано остаточно непорушні основи визначення атомної ваги будь-якого хімічного елемента.

За щасливим збігом обставин Менделєєв у 1860 році якраз перебував у закордонному відрядженні, був присутнім на цьому з'їзді і отримав чітке й чітке уявлення про те, що атомна вага стала відтепер точним і надійним чисельним виразом. Повернувшись до Росії, Менделєєв приступив до вивчення списку елементів, і звернув увагу на періодичність зміни валентності у елементів, розташованих у порядку зростання атомних ваг: валентність H – 1, Li – 1, Be – 2, B - 3, C - 4, Mg – 2, N – 2, S - 2, F - 1, Na – 1, Al – 3, Si - 4 і т. п. Ґрунтуючись на збільшенні та зменшенні валентності, Менделєєв розбив елементи на періоди; Перший період включив тільки один водень, потім слідує два періоди по 7 елементів кожен, потім періоди, що містять більше 7 елементів. Д, І, Менделєєв скористався цими даними як для того, щоб побудувати графік, як це зробив Мейер і Шанкуртуа, а й у тому, щоб побудувати таблицю подібну до таблиці Ньюлендса. Така періодична таблиця елементів ясніше і наочніше, ніж графік, і, крім того, Д, І, Менделєєв зумів уникнути помилки Ньюлендса, що наполягає на рівність періодів.

« Вирішальним моментом моєї думки про періодичний закон я вважаю 1860 р. – з'їзд хіміків у Карлсруе, в якому я брав участь… Ідея можливості періодичності властивостей елементів при зростанні атомної ваги по суті вже тоді мені представлялася внутрішньо» , - наголошував Д.І. Менделєєв.

У 1865 році він купив маєток Боблово неподалік Клина і отримав можливість займатися агрохімією, якою тоді захоплювався, і відпочивати там із сім'єю щоліта.

«Днем народження» системи Д.І.Менделєєва зазвичай вважають 18 лютого 1869, коли був складений перший варіант таблиці.

Мал. 5. Фото Д. І. Менделєєва на рік відкриття періодичного закону.

Було відомо 63 хімічні елементи. Не всі властивості цих елементів були досить добре вивчені, навіть атомні ваги деяких було визначено неправильно чи неточно. Чи багато це чи мало – 63 елементи? Якщо згадати, що зараз ми знаємо 109 елементів, то, звичайно, обмаль. Але цілком достатньо, щоб можна було помітити закономірність зміни їхніх властивостей. При 30 або 40 відомих хімічних елементах навряд чи вдалося щось відкрити. Потрібен був певний мінімум відкритих елементів. Ось чому можна охарактеризувати Менделєєвське відкриття як своєчасне.

До Менделєєва вчені теж намагалися підпорядкувати всі відомі елементи певному порядку, класифікувати їх, звести систему. Сказати, що їхні спроби були марними, не можна: якісь крихти істини вони містили. Усі вони обмежувалися тим, що поєднували в групи подібні за хімічними властивостями елементи, але не знаходили внутрішнього зв'язку між цими «природними», як тоді говорили, їхніми групами.

В 1849 класифікацією елементів зацікавився видний російський хімік Г. І. Гесс. У підручнику «Підстави чистої хімії» він описував чотири групи елементів-неметалів зі схожими хімічними властивостями:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Гесс писав: "Ця класифікація ще дуже далека від того, щоб бути природною, але вона все-таки поєднує елементи і групи дуже подібні, і з розширенням наших відомостей вона може вдосконалитися".

Безуспішні спроби побудувати систему хімічних елементів, виходячи з їх атомних ваг, були здійснені ще до з'їзду в Карлсруе обидва - англійцями: в 1853 Гледстоном, в 1857 Одлінгом.

Одну зі спроб класифікації зробив 1862 р. француз Олександр Еміль Бегюйс де Шанкуртуа . Систему елементів він представляв як спіральної лінії лежить на поверхні циліндра. На кожному витку по 16 елементів. Подібні елементи розташовувалися один під одним на утворюючому циліндрі. Публікуючи своє повідомлення, вчений не супроводжував його побудованим ним графіком, і ніхто з учених не звернув уваги на роботу де Шанкуртуа.

Мал. 6. «Телуровий гвинт» де Шанкуртуа.

Найщасливішим виявився німецький хімік Юліус Лотар Мейєр. У 1864 р. він запропонував таблицю, де всі відомі хімічні елементи було розбито на шість груп, відповідно до їх валентності. На вигляд таблиця Мейєра була трохи схожа на майбутню Менделєєвську. Він розглядав обсяги, що займаються ваговими кількостями елемента, чисельно рівними їх атомним вагам. При цьому з'ясувалося, що в кожному такому ваговій кількості будь-якого елемента міститься те саме число атомів. Це означало, що ставлення об'ємів різних атомів цих елементів, що розглядаються. Тому вказана характеристика елемента отримала назву атомний об'єм.

Графічно залежність атомних об'ємів елементів від їх атомних ваг виражається у вигляді ряду хвиль, що піднімаються гострими піками в точках, що відповідають лужним металам (натрій, калій, цезій). Кожен спуск і підйом до піку відповідає періоду таблиці елементів. У кожному періоді значення деяких фізичних характеристик, крім атомного обсягу, також закономірно спочатку зменшуються, та був зростають.

Мал. 7. Залежність атомних об'ємів від атомних мас елементів,

Л. Мейєру.

Водень – елемент із найменшою атомною вагою – стояв у списку елементів першим. У той час прийнято було вважати, 101-й період включає один елемент. Другий і третій періоди графіка Мейєра включали кожен по сім елементів. Ці періоди дублювали октави Ньюландса. Однак у наступних двох періодах кількість елементів перевищувала сім. Таким чином, Мейєр показав, у чому помилка Ньюлендса. Закон октав не міг суворо виконуватися для всього списку елементів, останні періоди повинні були бути довшими за перші.

Після 1860 першу спробу такого роду зробив ще один англійський хімік - Джон Александер Рейна Ньюландс. Одну за іншою він складав таблиці, в яких намагався втілити свою ідею. Остання таблиця датована 1865 роком. Вчений вважав, що у світі підпорядковується загальної гармонії. І в хімії та в музиці вона має бути єдиною. Побудовані в порядку зростання атомних ваг елементів розділені в ній на октави - на вісім вертикальних рядів, сім елементів у кожному. Справді, багато споріднених за хімічними властивостями елементи опинилися при цьому в одній горизонтальній шерензі: у першій – галогени, у другій лужні метали тощо. Але, на жаль, у шеренги затесалось і чимало чужинців, і це псувало всю картину. Серед галогенів, наприклад, були присутні кобальт з нікелем і три платиноїди. У шерензі лужноземельних – ванадій та свинець. У сімействі вуглецю – вольфрам та ртуть. Щоб хоч якось поєднати споріднені елементи, Ньюландсу довелося у восьми випадках порушити розстановку елементів по порядку атомних ваг. До того ж, щоб скласти вісім груп по сім елементів, потрібно 56 елементів, а відомо було 62, і він подекуди на місце одного елемента поставив одразу два. Вийшло повне свавілля. Коли Ньюландс доповів про свій «Закон октав» на засіданні Лондонського хімічного товариства, один із присутніх єхидно помітив: а чи не пробував поважний доповідач розташовувати елементи просто за алфавітом і виявити при цьому якусь закономірність?

Всі ці класифікації не містили головного: де вони відбивали загальної, фундаментальної закономірності зміни властивостей елементів. Вони створювали лише видимість порядку у світі.

Попередники Менделєєва, які відзначили приватні прояви великої закономірності у світі хімічних елементів, з різних причин не змогли піднятися до великого узагальнення та усвідомити існування у світі фундаментального закону. Менделєєв багато чого не знав про спроби його попередників розташувати хімічні елементи щодо зростання їх атомних мас і про казусах, що виникають при цьому. Наприклад, він не мав майже жодної інформації про роботи Шанкуртуа, Ньюлендса та Мейєра.

На відміну від Ньюландса, Менделєєв головним вважав не так атомні ваги, скільки хімічні властивості, хімічна індивідуальність. Про це він думав постійно. Речовина ... Вага ... Речовина ... Вага ... Рішень все не приходило.

А тут ще потрапив Дмитро Іванович у лютий цейтнот. І вийшло зовсім погано: не те щоб «зараз чи ніколи», але або сьогодні, або справа знову відкладалася на кілька тижнів.

Давно вже дав він у Вільному економічному суспільстві обіцянку з'їздити в лютому до Тверської губернії, обстежити тамтешні сироварні та подати свої міркування про постановку цієї справи на сучасний лад. На поїздку вже було випитано дозволу університетського начальства. І «відпускне свідоцтво» - тодішнє посвідчення про відрядження - було вже виправлене. І остання напутня записка секретаря Вільного економічного товариства Ходнєва отримана. І нічого не залишалося, як вирушати у призначений вояж. Потяг, яким треба було йому подорожувати до Твері, відходив від Московського вокзалу 17 лютого, ввечері.

«Вранці, ще в ліжку, він незмінно випив кухоль теплого молока ... Вставши і вмившись, він йшов зараз же в свій кабінет і там пив одну - дві, іноді три великі, у вигляді кружки, чашки міцного не дуже солодкого чаю. (Зі спогадів його племінниці Н.Я. Капустіної-Губкіної).

Слід від чашки, що збереглася на зворотному боці записки Ходнева, датованої 17 лютого, свідчить, що вона отримана рано-вранці, до сніданку, ймовірно, принесена посланцем. А це у свою чергу свідчить про те, що думка про систему елементів не залишала Дмитра Івановича ні вдень, ні вночі: поряд із відбитком чашки листок зберігає зримі сліди незримого розумового процесу, що призвело до великого наукового відкриття. У історії науки – випадок рідкісний, а то й єдиний.

Зважаючи на речові докази, справа відбувалася так. Допивши свій кухоль і поставивши його на перше місце - на лист Ходнєва, він тут же схопився за перо і на першому-ліпшому клаптику паперу, на тому ж листі Ходнєва, записав думку, що майнула в нього в голові. На листку з'явилися, один під одним, символи хлору та калію… Далі натрію та бору, потім літію, барію, водню…Пере блукало, як і думка. Нарешті він узяв нормальну осьмушку чистого паперу – цей листок теж зберігся – і накидав на ньому одну під іншою, в порядку зменшення, шеренги символів та атомних ваг: нагорі лужноземельні, під ними галогени, під ними група кисню, під нею азоту, під нею група вуглецю і т.д. Було видно на око, наскільки близькі між собою різниці атомних ваг у елементів сусідніх шеренг. Менделєєв тоді не міг знати, що "невизначена зона" між явними неметаламиі металамимістить елементи - благородні гази, відкриття яких надалі суттєво видозмінить періодичну систему.

Він поспішав, тому раз у раз помилявся, робив описки. Сірці приписав атомну вагу 36, замість 32. Віднімаючи їх 65 (атомна вага цинку) 39 (атомна вага калію), отримав 27. Але не в дрібницях справа! Його несла висока хвиля інтуїції.

В інтуїцію він вірив. Цілком свідомо нею користувався в різних випадках життя. Ганна Іванівна, дружина Менделєєва писала: « Якщо йому

треба було вирішити якесь скрутне, важливе життєве питання, він швидко-швидко своєю легкою ходою входив, говорив, у чому справа, і просив сказати за першим враженням мою думку. "Тільки не думай, тільки не думай", - повторював він. Я казала, і це було рішення».

Однак нічого не виходило. Списаний лист знову перетворився на ребус. А час минав, увечері треба було вирушати на вокзал. Головне він уже намацав, відчув. Але цьому відчуттю треба було неодмінно надати ясної логічної форми. Можна уявити собі як, він у розпачі чи люті гасав по кабінету, оглядаючи все, що в ньому було, вишукуючи спосіб, як би швидше скласти систему. Нарешті, він схопив стос карток, розкрив на потрібній сторінці – там, де був список простих тіл – свої «Основи» і почав виготовляти небачену карткову колоду. Виготовивши колоду хімічних карт, він почав розкладати небачений пасьянс. Пасьянс явно ставився! Перші шість шеренг вишикувалися без жодних скандалів. Але далі все почало розповзатися.

Знову і знову хапався Дмитро Іванович за перо і стрімким своїм начерком накидав на аркуші колонки чисел. І знову, з подивом, кидав це заняття і заходився крутити цигарку і так пихкати нею, що в голові вже зовсім мутніло. Нарешті очі почали злипатися, він кинувся на диван і міцно заснув. Таке для нього не було напрочуд. Цього разу він спав не довго – можливо кілька годин, але може бути й кілька хвилин. Точних відомостей про це не лишилося. Він прокинувся від того, що побачив уві сні свій пасьянс, причому не в тому вигляді, в якому він залишив його на конторці, а в іншому, стрункішому і логічному. І тут же схопився на ноги і почав складати на аркуші паперу нову таблицю.

Першою відмінністю її від попереднього варіанта було те, що елементи вишиковувалися тепер не в порядку зменшення, а в порядку зростання атомних ваг. Другим - те, що порожні місця всередині таблиці були заповнені знаками питання і атомними вагами.

Мал. 8. Чорновий малюнок, складений Д. І. Менделєєвим під час відкриття періодичного закону (у ході розкладання «хімічного пасьянсу»). 17 лютого (1 березня) 1869 року.

Довгий час до розповіді Дмитра Івановича про те, що він побачив свою таблицю уві сні, ставилися як до анекдоту. Знаходити щось раціональне в сновидіннях вважалося забобонами. Нині наука не ставить глухого бар'єру між процесами, які у свідомості і підсвідомості. І не бачить нічого надприродного в тому, що картина, яка не склалася в процесі усвідомленого обмірковування, була видана в готовому вигляді внаслідок неусвідомленого процесу.

Менделєєв, переконаний у існуванні об'єктивного закону, якому підкоряються всі різноманітні за властивостями елементи, пішов принципово чудовим шляхом.

Будучи стихійним матеріалістом, він шукав як характеристики елементів щось матеріальне, що відображає все різноманіття їх властивостей, взявши як таку характеристику атомну вагу елементів, Менделєєв зіставив відомі на той час групи за величиною атомної ваги їх членів.

Написавши групу галогенів (F = 19, Сl = 35,5, Вг = 80, J = 127) під групою лужних металів (Li = 7, Na = 23, К = 39, RЬ = 85, Cs = 133) і розташувавши під ними інші групи подібних елементів (у порядку зростання величини їхньої атомних ваг), Менделєєв встановив, що члени цих природних груп утворюють загальний закономірний ряд елементів; при цьому хімічні властивості елементів, що становлять такий ряд, періодично повторюються. Розмістивши за значенням атомних ваг всі відомі на той час 63 елементи в загальну «періодичну систему», Менделєєв виявив, що встановлені раніше природні групи органічно увійшли до цієї системи, втративши колишню штучну роз'єднаність. Пізніше Менделєєв так формулював відкритий періодичний закон: « Властивості простих тіл, а також форми та властивості сполук елементів, знаходяться в періодичній залежності від величин атомних ваг елементів».

Перший варіант таблиці хімічних елементів, що виражала періодичний закон, Менделєєв опублікував у вигляді окремого листка під назвою «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості» і розіслав цей листок у березні 1869р. багатьом російським та іноземним хімікам.

Мал. 9. «Досвід системи елементів, заснований на їх вазі та хімічній схожості».

Перша таблиця дуже недосконала, вона далека від сучасного виду періодичної системи. Але ця таблиця виявилася першою графічною ілюстрацією відкритої Менделєєвим закономірності: «Елементи, розташовані за величинами їхньої атомної ваги, є виразною періодичністю властивостей» («Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів» Менделєєв). Ця стаття стала результатом роздумів вченого під час роботи над «Дослідом системи…». Повідомлення про відкрите Менделєєве співвідношення між властивостями елементів та його атомними вагами було зроблено 6(18) березня 1869 на засіданні Російського хімічного суспільства. Менделєєва цьому засіданні був. Замість автора, який був відсутній, його доповідь прочитав хімік Н. А. Меншуткін. У протоколах Російського хімічного товариства з'явився сухий запис про збори 6 березня: «М. Меншуткін повідомляє від імені Д. Менделєєва «досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості». За відсутністю Д. Менделєєва обговорення цього питання відкладено до наступного засідання». Виступ М. Меншуткіна опубліковано у «Журналі Російського хімічного суспільства» («Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів»). Влітку 1871 р. Менделєєв підсумував свої численні дослідження, пов'язані з встановленням періодичного закону, у праці "Періодична законність для хімічних елементів" . У класичній праці «Основи хімії», яка витримала за життя Менделєєва 8 видань російською мовою та кілька видань іноземними мовами, Менделєєв вперше виклав неорганічну хімію на основі періодичного закону.

При побудові періодичної системи елементів, Менделєєв подолав великі труднощі, оскільки, багато елементів ще були відкриті, та якщо з 63 відомих на той час елементів дев'яти були неправильно визначені значення атомних ваг. Створюючи таблицю, Менделєєв виправив атомну вагу берилію, поставивши берилій над одній групі з алюмінієм, як і зазвичай робили хіміки, а одній групі з магнієм. У 1870-71 Менделєєв змінив значення атомних ваг індія, урану, торію, церію та інших елементів, керуючись їх властивостями та уточненим місцем у періодичній системі. На підставі періодичного закону він помістив телур перед йодом і кобальт перед нікелем, щоб телур потрапив в один стовпець з елементами, валентність яких дорівнює 2, а йод потрапив в один стовпець з елементами, валентність яких дорівнює 1, хоча величини атомних ваг цих елементів вимагали зворотного розташування.

Менделєєв бачив три обставини, які, на його думку, сприяли відкриттю періодичного закону:

По-перше, більш-менш точно визначено величини атомних ваг більшості хімічних елементів;

По-друге, з'явилося чітке уявлення про групи подібних за хімічними властивостями елементів (природних групах);

По-третє, до 1869 була вивчена хімія багатьох рідкісних елементів, без знання якої важко було б прийти до будь-якого узагальнення.

Нарешті вирішальний крок до відкриття закону полягав у тому, що Менделєєв зіставив між собою всі елементи за величиною атомних ваг. Попередники Менделєєва порівнювали елементи, подібні між собою. Т. е. елементи природних груп. Ці групи виявлялися пов'язаними. Менделєєв логічно поєднав їх у структурі своєї таблиці.

Втім, навіть після величезної та ретельної роботи хіміків з виправлення атомних ваг, у чотирьох місцях Періодичної таблиці елементи "порушують" строгий порядок розташування за зростанням атомних ваг. Це кілька елементів:

18 Ar(39,948) - 19 K (39,098); 27 Co (58,933) - 28 Ni (58,69);

52 Te(127,60) – 53 I(126,904) 90 Th(232,038) – 91 Pa(231,0359).

За часів Д. І. Менделєєва подібні відступи вважалися недоліками Періодичної системи. Теорія будови атома розставила все свої місця: елементи розташовані цілком правильно - відповідно до зарядами їх ядер. Як же тоді пояснити, що атомна вага аргону більша за атомну вагу калію?

Атомна вага будь-якого елемента дорівнює середній атомній вазі всіх його ізотопів з урахуванням їхньої поширеності в природі. Випадково атомна вага аргону визначається найбільш "важким" ізотопом (він зустрічається в природі більшою кількістю). У калію, навпаки, переважає "легший" його ізотоп (тобто ізотоп із меншим масовим числом).

Менделєєв так охарактеризував протягом творчого процесу, який є відкриття періодичного закону: «…мимоволі зародилася думка, що між масою і хімічними властивостями необхідно має бути зв'язок. Оскільки маса речовини, хоч і абсолютна, лише відносна, треба шукати функціональне відповідність між індивідуальними властивостями елементів та його атомними вагами. Шукати що-небудь, хоча б гриби чи якусь залежність, не можна інакше, як дивлячись і пробуючи. Ось я і став підбирати, написавши на окремих картках елементи з їх атомними вагами та корінними властивостями, подібні елементи та близькі атомні ваги, що швидко і призвело до того висновку, що властивості елементів стоять у періодичній залежності від їх атомної ваги, причому, сумніваючись у багатьох неясностях, я жодної хвилини не сумнівався у спільності зробленого висновку, оскільки випадковість допустити було неможливо».

Принципова важливість та новизна Періодичного закону полягала в наступному:

1. Встановлювався зв'язок між НЕХІДНИМИ за своїми властивостями елементами. Цей зв'язок полягає в тому, що властивості елементів плавно і приблизно однаково змінюються зі зростанням їхньої атомної ваги, а потім ці зміни періодично повторюються.

2. У випадках, коли створювалося враження, що у послідовності зміни властивостей елементів бракує якогось ланки, у Періодичній таблиці передбачалися ПРОБІЛИ, які треба було заповнити ще відкритими елементами.

Мал. 10. Перші п'ять періодів Періодичної таблиці Д. І. Менделєєва. Інертні гази ще були відкриті, тому вони у таблиці не показані. Ще 4 невідомі на момент створення таблиці елемента позначені знаками питання. Властивості трьох їх Д. І. Менделєєв передбачив з високою точністю (частина Періодичної таблиці часів Д. І. Менделєєва у звичному нам вигляді).

Принцип, яким користувався Д. І. Менделєєв для передбачення властивостей ще відомих елементів зображений малюнку 11.

Спираючись на закон періодичності та практично застосовуючи закон діалектики про перехід кількісних змін у якісні, Менделєєв вказав вже у 1869 р., на існування чотирьох ще не відкритих елементів. Вперше в історії хімії було передбачено існування нових елементів і навіть орієнтовно визначено їхні атомні ваги. Наприкінці 1870р. Менделєєв, виходячи з своєї системі, описав властивості ще невідкритого елемента III групи, назвавши його «екаалюміній». Вчений також висловив припущення, що новий елемент буде відкрито спектральним аналізом. І справді, в 1875 р. французький хімік П.Е.Лекок де Буабодран, досліджуючи за допомогою спектроскопа цинкову обманку, відкрив у ній Менделєївський екаалюміній. Точне збіг гаданих властивостей елемента з експериментально визначеними стало першим тріумфом і блискучим підтвердженням передбачуваної сили періодичного закону. Описи властивостей «екаалюмінію», передбаченого Менделєєвим та властивості галію, відкритого Буабодраном дано в таблиці 1.

Передбачені Д.І.Менделєєвим

Встановлено Лекоком де Буабодраном (1875 р.)

Екаалюміній Еа Атомна вага близько 68 Просте тіло, має бути низько плавко Щільність близька до 5,9 Атомний об'єм 11,5 Не повинен окислюватися на повітрі Повинний розкладати воду при червонокалильній спеці Формули сполук: ЕаСl3, Еа2О3, Еа2(SO4)3 Повинен утворювати галун Еа2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, але важче, ніж алюміній Оксид Еа2О3 повинен легко відновлюватися і давати метал летючіший, ніж алюміній, а тому очікується, що буде відкритий шляхом спектрального аналізу ЕаСl3 – летючий.

Атомна вага близько 69, 72 Температура плавлення чистого галію 30 градусів С Щільність твердого галію 5,904, а рідкого – 6,095 Атомний об'єм 11,7 Злегка окислюється лише за температури червоного гартування Розкладає воду за високої температури Формули з'єднань: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Утворює галун NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Галій відновлюється з оксиду прожарювання в струмі водню; відкритий за допомогою спектрального аналізу Температура кипіння GaCl3 215-220 градусів

У 1879р. шведський хімік Л. Нільсон знайшов елемент скандій, що повністю відповідає описаному Менделєєвим екабору; в 1886 р. німецький хімік К. Вінклер відкрив елемент германій, що відповідає екасиліцію; 1898 р. французькі хіміки П'єр Кюрі та Марія Склодовська Кюрі відкрили полоній та радій. Менделєєв вважав Вінклера, Лекока де Буабодрана та Нільсона «зміцнювачами періодичного закону».

Виправдалися і зроблені передбачення Менделєєва: відкриті тримарганець - нинішній реній, двіцезій - францій та ін.

Після цього вченим усього світу стало ясно, що Періодична таблиця Д. І. Менделєєва не просто систематизує елементи, а є графічним виразом фундаментального закону природи – періодичного закону.

Цей закон має передбачувальну силу. Він дозволив вести цілеспрямований пошук нових, ще відкритих елементів. Атомні ваги багатьох елементів, визначені до цього недостатньо точно, піддалися перевірці та уточненню саме тому, що їхні помилкові значення суперечили Періодичному закону.

Свого часу Д. І. Менделєєв з прикрістю зауважував: «…причин періодичності ми знаємо». Йому не вдалося дожити до розгадки цієї таємниці.

Одним із важливих аргументів на користь складної будови атомів було відкриття періодичного закону Д. І. Менделєєва:

Властивості простих речовин, а також властивості та форми сполук перебувають у періодичній залежності від атомних мас хімічних елементів.

Коли було доведено, що порядковий номер елемента у системі чисельно дорівнює заряду ядра його атома, стала ясною фізична сутність періодичного закону.

Але чому властивості хімічних елементів змінюються періодично зі зростанням заряду ядра? Чому система елементів побудована так, а не інакше і її періоди містять строго певну кількість елементів? На ці найважливіші запитання відповіді не було.

Логічні міркування передбачали, що й між хімічними елементами, які з атомів, існує взаємозв'язок, отже, в атомів є щось спільне і, отже, вони повинні мати складну будову.

Таємниця періодичної системи елементів була повністю розгадана, коли вдалося зрозуміти найскладнішу структуру атома, будову зовнішніх електронних оболонок, закони руху електронів навколо позитивно зарядженого ядра, в якому зосереджена майже вся маса атома.

Усі хімічні та фізичні властивості речовини визначаються будовою атомів. p align="justify"> Періодичний закон, відкритий Менделєєвим, є загальний закон природи, тому що він спирається на закон будови атома.

Основоположником сучасного вчення про атом є англійський фізик Резерфорд, який переконливими дослідами показав, що практично вся маса і позитивно заряджена матерія атома сконцентрована в малій частині його обсягу. Цю частину атома він назвав ядром. Позитивний заряд ядра компенсується електронами, що обертаються навколо нього. У цій моделі атома електрони нагадують планети сонячної системи, внаслідок чого вона і отримала назву планетарної. Надалі Резерфорду вдалося використати дослідні дані для розрахунку зарядів ядер. Вони виявилися рівними порядковим номерам елементів у таблиці Д. І. Менделєєва. Після робіт Резерфорда та його учнів періодичний закон Менделєєва отримав більш ясний зміст і дещо інше формулювання:

Властивості простих речовин, а також властивості та форми з'єднання елементів перебувають у періодичній залежності від заряду ядра атомів елементів.

Таким чином, порядковий номер хімічного елемента в періодичній системі набув фізичного змісту.

В1913 р. Р. Мозлі у лабораторії Резерфорда вивчав рентгенівське випромінювання низки хімічних елементів. Для цього він сконструював анод рентгенівської трубки з матеріалів, що складаються з певних елементів. Виявилося, що довжини хвиль характеристичного рентгенівського випромінювання зростають із збільшенням порядкового номера елементів, що становлять катод. Г. Мозлі вивів рівняння, що зв'язує довжину хвилі та порядковий номер Z:

Цей математичний вираз нині називають законом Мозлі. Він дає можливість виміряти довжину хвилі рентгенівського випромінювання визначити порядковий номер досліджуваного елемента.

Найпростішим атомним ядром є атом атома водню. Його заряд дорівнює і протилежний за знаком заряду електрона, а маса – найменшого з усіх ядер. Ядро атома водню було визнано елементарною частинкою, і 1920 р. Резерфорд дав йому назву протон . Маса протона дорівнює приблизно одній атомній одиниці маси.

Проте маса всіх атомів, крім водню, чисельно перевищує заряд ядер атомів. Вже Резерфорд припускав, що в ядрах крім протонів повинні бути якісь нейтральні частинки, які мають певну масу. Ці частки виявлено 1932 р. Боте і Беккером. Чедвік встановив їхню природу і назвав нейтронами . Нейтрон – це незаряджена частка з масою, що дорівнює масі протона, т. е. Також 1 а. е. м.

У 1932 р. радянський учений Д. Д. Іваненко та німецький фізик Гейзенберг незалежно один від одного розробили протонно-нейтронну теорію ядра, згідно з якою ядра атомів складаються з протонів та нейтронів.

Розглянемо будову атома якогось елемента, напр., натрію з позицій протонно-нейтронної теорії. Порядковий номер натрію в періодичній системі 11, масове число 23. Відповідно до порядкового номера заряд ядра атома натрію дорівнює + 11. Отже, в атомі натрію є 11 електронів, сума зарядів яких дорівнює позитивному заряду ядра. Якщо атом натрію втратить один електрон, то позитивний заряд буде на одиницю більший за суму негативних зарядів електронів (10), і атом натрію стане іоном із зарядом 1+. Заряд ядра атома дорівнює сумі зарядів 11 протонів, що у ядрі, маса яких дорівнює 11 а. е. м. Так як масове число натрію дорівнює 23 а. е. м., то різниця 23 - 11 = 12 визначає число нейтронів в атомі натрію.

Протони та нейтрони називають нуклонами . Ядро атома натрію складається з 23 нуклонів, з яких 11 протонів і 12 нейтронів. Загальна кількість нуклонів у ядрі пишуть ліворуч угорі від позначення елемента, а число протонів ліворуч унизу, напр., Na.

Усі атоми даного елемента мають однаковий заряд ядра, тобто однакову кількість протонів у ядрі. Число нейтронів у ядрах атомів елементів може бути різним. Атоми, що мають в ядрах однакову кількість протонів та різну кількість нейтронів, називаються ізотопами .

Атоми різних елементів, ядро ​​яких містить однакову кількість нуклонів, називають ізобарами .

Встановлення дійсного зв'язку між будовою атома та структурою періодичної системи наука зобов'язана насамперед великому датському фізику Нільсу Бору. Він був першим, хто пояснив справжні принципи періодичного зміни властивостей елементів. Бор почав із того, що зробив життєздатною резерфордівську модель атома.

Планетарна модель атома Резерфорда відображала ту очевидну істину, що основна частина атома міститься в мізерно малій частині об'єму - атомному ядрі, а в решті об'єму атома розподілені електрони. Проте характер руху електрона орбітою навколо ядра атома суперечить теорії руху електричних зарядів електродинаміки.

По-перше, за законами електродинаміки електрон, що обертається навколо ядра, повинен внаслідок втрати енергії на випромінювання впасти на ядро. По-друге, при наближенні до ядра, довжини хвиль, що випромінюються електроном, повинні безперервно змінюватися, утворюючи суцільний спектр. Однак атоми не зникають, отже електрони не падають на ядро, а спектр випромінювання атомів не є суцільним.

Якщо метал нагріти до температури випаровування, його пар почне світитися, причому пар кожного металу має власний колір. Розкладене призмою випромінювання пари металу утворює спектр, що складається з окремих ліній, що світяться. Такий спектр називають лінійчастим. p align="justify"> Кожна лінія спектру характеризується певною частотою електромагнітного випромінювання.

У 1905 р. Ейнштейн, пояснюючи явище фотоефекту, висловив припущення, що світло поширюється як фотонів чи квантів енергії, які кожного виду атомів мають цілком певне значення.

Бор у 1913 р. вніс у планетарну модель атома Резерфорда квантову виставу і пояснив походження лінійних спектрів атомів. Його теорія будови атома водню ґрунтується на двох постулатах.

Перший постулат:

Електрон обертається навколо ядра, не випромінюючи енергії, за строго певними стаціонарними орбітами, що задовольняють теорію квантів.

На кожній з цих орбіт електрон має певну енергію. Чим далі від ядра розташована орбіта, тим більшою енергією володіє електрон, що знаходиться на ній.

Рух якогось об'єкта навколо центру в класичній механіці визначається моментом кількості руху m´v´r, де m – маса об'єкта, що рухається, v – швидкість руху об'єкта, r – радіус кола. Згідно з квантовою механікою, енергія цього об'єкта може мати лише певні значення. Бор вважав, що момент кількості руху електрона в атомі водню може дорівнювати лише цілій кількості квантів дії. Очевидно, це співвідношення було здогадом Бора, пізніше воно виведено математично французьким фізиком де Бройлем.

Таким чином, математичний вираз першого постулату Бора – рівність:

(1)

Відповідно до рівняння (1) мінімальний радіус орбіти електрона, а, отже, і мінімальна потенційна енергія електрона відповідає значенню n, що дорівнює одиниці. Стан атома водню, що відповідає значенню n=1, називають нормальним чи основним. Атом водню, електрон якого знаходиться на будь-якій іншій орбіті, що відповідає значенням n = 2, 3, 4, ¼, називають збудженим.

До рівняння (1) як невідомі входять швидкість електрона і радіус орбіти. Якщо скласти ще одне рівняння, до якого увійдуть v і r, можна обчислити значення цих важливих характеристик електрона в атомі водню. Таке рівняння виходить з урахуванням рівності відцентрової і доцентрової сил, які у системі «ядро атома водню – електрон».

Відцентрова сила дорівнює. Відцентрова сила, яка визначає тяжіння електрона до ядра, за законом Кулона становить . З урахуванням рівності зарядів електрона та ядра в атомі водню можна написати:

(2)

Вирішуючи систему рівнянь (1) і (2) щодо v і r, знаходимо:

(3)

Рівняння (3) та (4) дають можливість обчислити радіуси орбіт та швидкості електрона для будь-якого значення n. При n=1 радіус першої орбіти атома водню – Борівський радіус дорівнює 0,053 нм. Швидкість руху електрона цій орбіті становить 2200 км/с. рівняння (3) та (4) показують, що радіуси орбіт електрона атома водню відносяться один до одного як квадрати натуральних чисел, а швидкість руху електрона зменшується зі збільшенням n.

Другий постулат:

При переході з однієї орбіти в іншу електрон поглинає чи випромінює квант енергії.

При збудженні атома, тобто при переміщенні електрона з ближньої до ядра орбіти більш віддалену, відбувається поглинання кванта енергії і, навпаки, при переході електрона з далекої орбіти на ближню відбувається випромінювання квантової енергії Е 2 - Е 1 = hv. Після знаходження радіусів орбіт та енергії електрона на них Бор розрахував енергію фотонів та відповідних їм ліній у лінійному спектрі водню, що відповідало експериментальним даним.

Число n, що визначає розміри радіусів квантових орбіт, швидкості руху електронів та їх енергію, названо основним квантовим числом .

Надалі Зоммерфельд удосконалив теорію Бора. Він запропонував, що у атомі може бути як кругові, а й еліптичні орбіти електронів, і підставі пояснив походження тонкої структури спектру водню.

Мал. 12. Електрон в атомі Бора описує як кругові, а й еліптичні орбіти. Ось як вони виглядають для різних значень lпри п =2, 3, 4.

Проте теорія будови атома Бора – Зоммерфельда поєднувало у собі класичні та квантомеханічні уявлення і, таким чином, було побудовано протиріччях. Основні недоліки теорії Бора - Зоммерфельда полягають у наступному:

1. Теорія неспроможна пояснити всі деталі спектральних характеристик атомів.

2. Вона не дає можливості кількісно розрахувати хімічний зв'язок навіть у такій простій молекулі як молекула водню.

Зате було твердо встановлено фундаментальне положення: заповнення електронних оболонок в атомах хімічних елементів відбувається починаючи з третьої, М -оболонки не послідовно, поступово до повної ємності (т. е. так, як це було в К- і L - оболонок), а східчасто. Інакше кажучи, побудова електронних оболонок на якийсь час переривається через те, що в атомах з'являються електрони, що належать іншим оболонкам.

Ці літери позначаються так: n , l , m l , m s – і мовою атомної фізики називаються квантовими числами. Історично вони вводилися поступово, та його виникнення значною мірою пов'язані з вивченням атомних спектрів.

Так ось виявляється, що стан будь-якого електрона в атомі можна записати спеціальним шифром, що є комбінацією чотирьох квантових чисел. Це не просто якісь абстрактні величини, які використовуються для запису електронних станів. Навпаки, всі вони мають реальний фізичний зміст.

Число п входить у формулу для ємності електронної оболонки (2 п 2), тобто дане квантове число п відповідає номеру електронної оболонки; інакше кажучи, це число визначає приналежність електрона до цієї електронної оболонки.

Число п приймає тільки цілі значення: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ..., що відповідають оболонкам: K, L, M, N, O, P, Q.

Оскільки п входить у формулу енергії електрона, то кажуть, що головне квантове число визначає загальний запас енергії електрона в атомі.

Інша літера нашого алфавіту – орбітальне (побічне) квантове число – позначається як l . Воно було введено, щоб наголосити на нерівноцінності всіх електронів, що належать даній оболонці.

Кожна оболонка поділяється на певні підболочки, причому їх кількість дорівнює номеру оболонки. Т. е. К-оболонка ( п =1) складається з однієї подоболочки; L-оболонка ( п =2) – із двох; М-оболонка ( п =3) – із трьох підболінок…

І кожна підболочка даної оболонки характеризується певною величиною l . Орбітальне квантове число набуває також цілочисельних значень, але починаючи з нуля, тобто 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6… Таким чином, l завжди менше п . Легко зрозуміти, що за п =1 l =0; при n =2 l =0 та 1; при n = 3 l = 0, 1 і 2 і т. д. Число l , якщо можна так сказати, має геометричний образ. Адже орбіти електронів, що належать до тієї чи іншої оболонки, можуть бути не лише кругові, а й еліптичні.

Різні значення l та характеризують різні типи орбіт.

Фізики люблять традиції і воліють для позначення електронних підболочок старі літерні позначення s ( l =0), p ( l =1), d ( l =2), f ( l =3). Це перші літери німецьких слів, що характеризують особливості серій спектральних ліній, зумовлених переходами електронів: різка, головна, розмита, фундаментальна.

Тепер можна коротко записати, які електронні підболочки містяться в електронних оболонках (таблиця 2).

Знати скільки електронів вміщають різні електронні підболочки допомагають визначити третє та четверте квантові числа – m l і m s , які мають назви магнітного та спинового.

Магнітне квантове число m lтісно пов'язано з l і визначає, з одного боку, напрям розташування цих орбіт у просторі, з другого – їх число, можливе для даного l . З деяких закономірностей атомної теорії випливає, що при цьому l квантове число m lприймає 2 l +1 цілих значень: від – l до + l , включаючи нульове. Наприклад, для l =3 ось яку послідовність m l ми маємо: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, тобто всього сім значень.

Чому m lназивається магнітним? Кожен електрон, обертаючись на орбіті навколо ядра, по суті являє собою один виток обмотки, яким йде електричний струм. Виникає магнітне поле, тому кожну орбіту в атомі можна як плоский магнітний листок. При знаходженні зовнішнього магнітного поля кожна електронна орбіта з цим полем взаємодіятиме і прагнутиме зайняти в атомі певне положення.

Число електронів на кожній орбіті визначається значенням спінового квантового числа ms.

Поведінка атомів у сильних неоднорідних магнітних полях показало, що кожен електрон в атомі поводиться як магнітик. А це свідчить, що електрон обертається довкола своєї власної осі, наче планета на орбіті. Ця властивість електрона одержала назву «спін» (у перекладі з англійської – обертати). Обертальний рух електрона завжди і постійно. Обертання електрона зовсім незвичайно: ні сповільнити, ні прискорити, ні зупинити його не можна. Воно однаково всім електронів у світі.

Але хоча спин – загальна властивість всіх електронів, у ньому також є причина різниці між електронами в атомі.

Два електрони, обертаючись на одній і тій же орбіті навколо ядра, мають один і той же спин за величиною, і все ж вони можуть відрізнятися напрямом власного обертання. При цьому змінюється знак моменту кількості руху та знак спина.

Квантовий розрахунок призводить до двох можливих значень спінових квантових чисел, властивих електрону на орбіті: s = + і s = -. Інших значень не може бути. Тому в атомі на кожній орбіті можуть обертатися або тільки один або два електрони. Більше не може бути.

Кожна електронна підболота максимально вміщує 2(2 l + 1) - електронів, а саме (таблиця 3):

Звідси простим додаванням виходять ємності послідовних оболонок.

Дивовижна простота основного закону, якого звелася початкова нескінченна складність будови атома. Вся вибагливість поведінки електронів у його зовнішній оболонці, керуюча усіма його властивостями, може бути виражена надзвичайно просто: в атомі немає і може бути двох однакових електронів.Цей закон відомий у науці як принцип Паулі (на ім'я швейцарського фізика-теоретика).

Знаючи ж загальне число електронів в атомі, яке дорівнює його порядковому номеру в Менделєєвській системі, можна «будувати» атом: можна розрахувати структуру його зовнішньої електронної оболонки – визначати, скільки в ній електронів і які вони в ній.

У міру зростання Z періодично повторюються подібні типи електронних змін атомів.По суті, це теж формулювання періодичного закону, але стосовно процесу розподілу електронів по оболонках та підболочках.

Знаючи закон будови атома, тепер можна побудувати періодичну систему і пояснити, чому вона побудована саме так. Потрібно лише одне невелике термінологічне роз'яснення: ті елементи, в атомах яких відбувається побудова s-, p-, d-, f-подолочок, прийнято називати відповідно s-, p-, d-, f-елементами.

Формулу атома прийнято записувати у такій формі: головне квантове число – відповідною цифрою, побічне – буквою, число електронів позначають праворуч зверху.

Перший період містить 1 s-елементи – водень та гелій. Схематична запис першого періоду така: 1 s 2 . Другий період може бути зображений наступним чином: 2 s 2 2 p 6 тобто в нього входять елементи, в яких заповнюються 2 s-, 2 p-подоболочки. А третій (у ньому будуються 3 s-, 3p-подоболочки): 3 s 2 3p 6 . Зрозуміло, подібні типи електронних змін повторюються.

На початку 4-го періоду два 4 s-елементи, тобто починається заповнення N-оболонки раніше, ніж завершилося побудова М-оболонки. Вона містить ще 10 вакантних місць, які заповнюються у десяти наступних елементів (3 d-елементів). Закінчилося заповнення М-оболонки, триває заповнення N-оболонки (шістьма 4 p-електронами). Отже, будова 4-го періоду така: 4 s 2 3 d 10 4 p 6 . П'ятий період заповнюється аналогічно:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

У шостому періоді 32 елементи. Його схематичний запис такий: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6 .

І, нарешті, наступний, 7-й період: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6 . Слід пам'ятати, що ще всі елементи 7-го періоду відомі.

Таке ступінчасте наповнення оболонок – строга фізична закономірність. Виявляється, замість того, щоб займати рівні 3d-подоболочки, електронам вигідніше (з енергетичної точки зору) спочатку заселити рівні 4s-подоболочки. Ось ці енергетичні «гойдалки» «вигідніші – невигідніші» і пояснюють ту ситуацію, що в хімічних елементах заповнення електронних оболонок йде уступами.

У середині 20-х років. французький фізик Л. де Бройль висловив сміливу ідею: всі матеріальні частинки (у тому числі й електрони) мають не лише матеріальні, а й хвильові властивості. Незабаром вдалося показати, що електрони, подібно до світлових хвиль, можуть також огинати перешкоди.

Якщо електрон – хвиля, його рух в атомі може бути описано за допомогою хвильового рівняння. Таке рівняння вивів у 1926 р. австрійський фізик Е. Шредінгер. Математики називають його диференціальним рівнянням другого порядку у приватних довільних. Для фізиків це основне рівняння квантової механіки.

Ось як виглядає це рівняння:

+++ y = 0,

де m- Маса електрона; r – відстань електрона від ядра; e - Заряд електрона; Е– повна енергія електрона, що дорівнює сумі кінетичної та потенційної енергії; Z- Порядковий номер атома (для атома водню дорівнює 1); h- "Квант дії"; x , y , z – координати електрона; y - хвильова функція (абстрактна абстрактна величина, що характеризує ступінь ймовірності).

Ступінь ймовірності того, що електрон знаходиться у певному місці простору навколо ядра. Якщо y = 1, то, отже, електрон справді має бути у тому самому місці; якщо ж y = 0, то електрона там немає і близько.

Уявлення про можливість знаходження електрона центральне в квантовій механіці. А величина y (псі)-функції (точніше кажучи, квадрат її величини) виражає ймовірність перебування електрона у тій чи іншій точці простору.

В квантовомеханічному атомі немає певних електронних орбіт, настільки чітко окреслених у борівській моделі атома. Електрон ніби розмазаний у просторі у вигляді деякої хмари. Але щільність цієї хмари різна: як то кажуть, де густо, а де й порожньо. Більшій щільності хмари відповідає більша ймовірність знаходження електрона.

Від абстрактної квантовомеханічної моделі атома можна перейти до наочної та зримої моделі атома Бора. Для цього потрібно вирішити рівняння Шредінгера. Виявляється, що хвильова функція пов'язана з трьома різними величинами, які можуть набувати лише цілих чисел. Більше того, послідовність зміни цих величин така, що вони не можуть бути нічим іншим, як квантовими числами. Головним, орбітальним та магнітним. Адже вони були введені спеціально для позначення спектрів різних атомів. Потім вони органічно перекочували в борівську модель атома. Така наукова логіка – до неї не підкопається навіть найсуворіший скептик.

Все це означає, що рішення рівняння Шредінгера в кінцевому рахунку призводить до висновку послідовності заповнення електронних оболонок та підболілок атомів. У цьому головна перевага квантовомеханічного атома перед атомом Бора. І звичні для планетарного атома поняття можна переглянути під кутом зору квантової механіки. Можна сміливо сказати, що орбіта – деяка сукупність можливих положень даного електрона в атомі. Вона відповідає певній хвильовій функції. Замість терміна «орбіта» у сучасній атомній фізиці та хімії вживається термін «орбіталь».

Отже, рівняння Шредінгера – це ніби чарівна паличка, що усуває всі недоліки, що містяться у формальній теорії періодичної системи. Перетворює «формальне» на «фактичне».

Насправді, це далеко не так. Тому що рівняння має точне рішення лише для атома водню, найпростішого з атомів. Для атома гелію і наступних точно вирішити рівняння Шредінгера не можна, оскільки додаються сили взаємодії між електронами. А врахувати їхній вплив на кінцевий результат – математичне завдання неймовірної складності. Людським здібностям вона недоступна; Тільки швидкодіючі електронно-обчислювальні машини, які проводять сотні тисяч операцій на секунду, можуть зрівнятися з нею. Та й то лише за умови, що програма для обчислень розробляється з численними спрощеннями та наближеннями.

За 40 років список відомих хімічних елементів збільшився на 19. І всі 19 елементів було синтезовано, приготовлено штучним шляхом.

Синтез елементів можна розуміти як отримання елемента з меншим зарядом ядра, меншим порядковим номером елемента з великим порядковим номером. А сам процес одержання називається ядерною реакцією. Її рівняння записується як і, як і рівняння звичайної хімічної реакції. У лівій частині – реагуючі речовини, у правій – продукти, що виходять. Реагирующие речовини в ядерної реакції – це і бомбардуюча частка.

Мішенню може бути практично будь-який елемент періодичної системи (у вільному вигляді або у вигляді хімічної сполуки).

Роль бомбардуючих частинок грають a-частки, нейтрони, протони, дейтрони (ядра важкого ізотопу водню), і навіть звані багатозарядні важкі іони різних елементів – бору, вуглецю, азоту, кисню, неону, аргону та інших елементів періодичної системи.

Щоб відбулася ядерна реакція, необхідно зіткнення частки, що бомбардує, з ядром атома мішені. Якщо частка має досить велику енергію, то вона може настільки глибоко проникнути до ядра, що зіллється з ним. Оскільки всі перелічені вище частинки, крім нейтрону несуть позитивні заряди, то, зливаючись із ядром, вони збільшують його заряд. А зміна значення Z означає перетворення елементів: синтез елемента з новим значенням заряду ядра.

Щоб знайти спосіб прискорювати частки, що бомбардують, надавати їм велику енергію, достатню для їх зливання з ядрами, винайшли і сконструювали спеціальний прискорювач частинок - циклотрон. Потім збудували спеціальну фабрику нових елементів – ядерний ректор. Його пряме призначення – виробляти ядерну енергію. Але оскільки в ньому завжди існують інтенсивні потоки нейтронів, їх легко використовувати для цілей штучного синтезу. Нейтрон не має заряду, тому його не треба (та й неможливо) прискорювати. Навпаки, повільні нейтрони виявляються кориснішими, ніж швидкі.

Хімікам довелося неабияк поламати голову і виявити справжні дива винахідливості, щоб розробити способи відокремлення нікчемних кількостей нових елементів від речовини мішені. Навчитися вивчати властивості нових елементів, коли в наявності були лічені кількості їх атомів.

Працями сотень і тисяч вчених у періодичній системі було заповнено 19 нових клітин. Чотири – у її старих межах: між воднем та ураном. П'ятнадцять – за ураном. Ось як все це відбувалося.

4 місця в періодичній системі довго залишалися порожніми: клітини з № 43, 61, 85 та 87.

Ці 4 елементи були невловимі. Зусилля вчених, створені задля їх пошуки у природі, залишалися безуспішними. За допомогою періодичного закону давно було заповнено решту місць у таблиці Менделєєва – від водню до урану.

Не раз у наукових журналах з'являлися повідомлення про відкриття цих чотирьох елементів. Але всі ці відкриття не підтверджувалися: щоразу точна перевірка показувала, що допущена помилка і випадкові мізерні домішки було прийнято за новий елемент.

Довгі та важкі пошуки призвели нарешті до відкриття у природі одного з невловимих елементів. Виявилося, що екацезій № 87 виникає в ланцюжку розпаду природного радіоактивного ізотопу урану-235. це короткоживучий радіоактивний елемент.

Мал. 13. Схема утворення елемента № 87 – Франція. Деякі радіоактивні ізотопи можуть розпадатися двома шляхами, напр., за допомогою a-і b-розпаду. Таке явище називається радіоакційною вилкою. Усі природні радіоакційні сімейства містять виделки.

Елемент 87 заслуговує на те, щоб про нього розповісти докладніше. Тепер в енциклопедіях з хімії читаємо: францій (порядковий номер 87) відкрито у 1939 р. французькою вченою Маргаритою Перей.

Як Перей все ж таки вдалося зловити невловимий елемент? У 1914 р. три австрійських радіохіміки - С. Мейєр, В. Гесс і Ф. Панет - зайнялися вивченням радіоактивного розпаду ізотопу актинія з масовим числом 227. Було відомо, що він входить до сімейства актиноурану і випускає b-частки; отже, продукт його розпаду торій. Однак у вчених мелькали невиразні підозри, що актиній-227 у поодиноких випадках випромінює і a-частинки. Іншими словами, тут спостерігається один із прикладів радіоактивної вилки. У ході такого перетворення повинен утворюватися ізотоп елемента 87. Мейєр та його колеги дійсно спостерігали a-частинки. Були потрібні подальші дослідження, але вони були перервані першою світовою війною.

Маргарита Перей йшла тим же шляхом. Але в її розпорядженні були чутливіші прилади, нові, вдосконалені методи аналізу. тому їй і супроводжував успіх.

Францій відносять до штучно синтезованих елементів. Але все-таки спочатку елемент виявили в природі. Це ізотоп францій-223. Його період напіврозпаду становить лише 22 хвилини. Стає зрозумілим, чому Франція так мало на Землі. По-перше, через свою недовговічність він не встигає концентруватися в скільки помітних кількостях, по-друге, сам процес його утворення відрізняється невисокою ймовірністю: всього 1,2% ядер актинія-227 розпадається з випромінюванням a-частинок.

У зв'язку з цим францій вигідніше готувати штучним шляхом. Вже отримано 20 ізотопів франція, і довготривалий з них - францій-223. працюючи з зовсім малими кількостями солей Франція, хіміки зуміли довести, що за своїми властивостями він надзвичайно схожий на цезій.

Вивчаючи властивості атомних ядер, фізики дійшли висновку: елементи з атомними номерами 43, 61, 85 і 87 не можуть існувати стабільні ізотопи. Вони можуть бути лише радіоактивними, з короткими періодами напіврозпаду та мають швидко зникати. Тому всі ці елементи були створені людиною штучно. Шляхи для створення нових елементів було вказано періодичним законом. Елемент 43 був першим штучно створеним.

У ядрі елемента 43 має бути 43 позитивних заряду, і навколо ядра повинні обертатися 43 електрони. У порожнього місця для елемента 43, що знаходиться в середині п'ятого періоду, в четвертому періоді стоїть марганець, а в шостому реній. Тому хімічні властивості елемента 43 повинні бути схожі на властивості марганцю та ренію. Ліворуч від клітини 43 знаходиться молібден №42, праворуч – рутеній №44. Отже, щоб створити елемент 43, необхідно збільшити кількість зарядів в ядрі атома, що має 42 заряду, ще один елементарний заряд. Тому для синтезу нового елемента 43 потрібно взяти як вихідну сировину молібден. Одним позитивним зарядом має найлегший елемент - водень. Отже, очікується, що елемент 43 може бути отриманий в результаті ядерної реакції між молібденом і протоном.

Мал. 14. Схема синтезу елемента № 43 – технеція.

Властивості елемента 43 повинні бути подібними до хімічних властивостей марганцю і ренію, і, для того щоб виявити і довести утворення цього елемента, потрібно скористатися хімічними реакціями, аналогічними тим, за допомогою яких хіміки визначають наявність малих кількостей марганцю і ренію.

Ось як періодична система дає можливість намітити шлях до створення штучних елементів.

Так само і був створений у 1937 р. перший штучний хімічний елемент. Він отримав знаменне ім'я технецій – перший елемент, виготовлений технічним, штучним шляхом. Ось як було здійснено синтез технеції. Платівка молібдену зазнала інтенсивного бомбардування ядрами важкого ізотопу водню - дейтерію, які були розігнані в циклотроні до величезної швидкості.

Ядра важкого водню, отримали дуже велику енергію, проникли в ядра молібдену. Після опромінення в циклотроні пластику молібдену було розчинено в кислоті. З розчину було виділено за допомогою тих же реакцій, які необхідні для аналітичного визначення марганцю (аналог елемента 43), мізерна кількість нової радіоактивної речовини. Це був новий елемент – технецій. Вони точно відповідають положенню елемента Менделєєвської таблиці.

Тепер технецій став цілком доступним: він утворюється у досить великій кількості в атомних реакторах. Технецій добре вивчений, вже практично використовується.

Метод, яким був створений елемент 61, дуже нагадує метод, яким отримують технецій. Елемент 61 був виділений лише в 1945 р. з осколкових елементів, що утворюються в ядерному реакторі в результаті розподілу урану.

Мал. 15. Схема синтезу елемента № 61 – прометія.

Елемент отримав символічне ім'я прометій. Ця назва дана йому не просто. Воно символізує драматичний шлях викрадення наукою у природи енергії ядерного поділу та оволодіння цією енергією (за переказом титан Прометей викрав з неба вогонь і передав його людям; за це був прикутий до скелі і величезний орел щодня терзав його), але й застерігає людей від страшної небезпеки.

Прометій тепер одержують у неабияких кількостях: його використовують в атомних батарейках – джерелах постійного струму, здатних діяти без перерви багато років.

Аналогічним шляхом був синтезований і найважчий галоген – екайод – елемент 85. Він уперше було отримано бомбардуванням вісмуту (№ 83) ядрами гелію (№ 2), прискореними в циклотроні до великих енергій. Новий елемент названо астатом (нестійкий). Він радіоактивний, швидко зникає. Його хімічні властивості також виявилися точно такими, що відповідають періодичному закону. Він схожий на йод.

Мал. 16. Схема синтезу елемента № 85 – астата.

Трансурановими елементами називають штучно синтезовані хімічні елементи, що знаходяться в періодичній системі після урану. Скільки їх ще вдасться синтезувати в майбутньому, поки ніхто точно відповісти не може.

Уран був замикаючим у природній низці хімічних елементів протягом довгих 70 років.

І весь цей час вчених, природно, хвилювало питання: чи існують у природі елементи важчі за уран? Дмитро Іванович вважав, що й зауранові елементи і вдасться колись виявити у земних надрах, кількість їх має бути обмежена. Після відкриття радіоактивності відсутність таких елементів у природі пояснили тим, що періоди їхнього напіврозпаду невеликі і всі вони розпалися, перетворилися на більш легкі елементи, дуже давно, на ранніх стадіях еволюції нашої планети. Але уран, який виявився радіоактивним, мав настільки велику тривалість життя, що зберігся до нашого часу. Чому ж хоча б найближчим трансуранам природа не могла відпустити настільки ж щедрий час існування? Було багато повідомлень про відкриття нібито нових елементів усередині системи – між воднем та ураном, але майже жодного разу наукові журнали не писали про виявлення трансуранів. Вчені лише сперечалися, у чому причина обриву періодичної системи на урані.

Тільки ядерний синтез дозволив встановити цікаві обставини, про які раніше навіть не можна було підозрювати.

Перші дослідження щодо синтезу нових хімічних елементів були спрямовані на штучне отримання трансуранів. Про перший штучний трансурановий елемент заговорили на три роки раніше, ніж з'явився технецький. Стимулюючою подією виявилося відкриття нейтрона. елементарна частка, позбавлена ​​заряду, мала величезну проникаючу здатність, могла досягти атомного ядра, не зустрічаючи жодних перешкод, і викликати перетворення різних елементів. Нейтронами стали обстрілювати мішені з різних речовин. Піонером досліджень у цій галузі став видатний італійський фізик Е. Фермі.

Уран, опромінений нейтронами, виявляв невідому активність із невеликим періодом напіврозпаду. Уран-238, поглинувши нейтрон, перетворюється на невідомий ізотоп елемента уран-239, який є b-радіоактивним і повинен перетворюватися на ізотоп елемента з порядковим номером 93. подібний висновок і зробив Е. Фермі зі своїми колегами.

Насправді знадобилося багато зусиль, щоб довести, що невідома активність дійсно відповідає першому трансурановому елементу. Хімічні операції привели до висновку: новий елемент за своїми властивостями нагадує марганець, тобто належить до VII б-підгрупи. Цей аргумент виявився вражаючим: на той час (у 30-х рр.) майже всі хіміки вважали, що якби трансуранові елементи існували, то принаймні перші були б аналогічними. d-Елементів із попередніх періодів. Це була помилка, яка, безсумнівно, вплинула на перебіг історії відкриття елементів важчим за уран.

Словом, в 1934 р. Е. Фермі впевнено заявляв про синтез як елемента 93, якому дав назву «аузоній», а й його правого сусіда за таблицею Менделєєва – «гесперія» (№ 94). Останній був продуктом b-розпаду аузонію:

Знайшлися вчені, які «потягли» цей ланцюжок ще далі. Серед них: німецькі дослідники О. Ган, Л. Мейтнер та Ф. Штрассманн. У 1937 р. вже говорили, як про щось реальне, про елемент № 97:

Але жоден з нових елементів не був отриманий у помітних кількостях, не був виділений у вільному вигляді. Про їхній синтез судили за різноманітними непрямими ознаками.

У кінцевому рахунку виявилося, що всі ці ефемерні речовини, які приймалися за трансуранові елементи, насправді є елементами, що належать до середини періодичної системи, тобто штучні радіоактивні ізотопи давно відомих хімічних елементів. Це стало ясно, коли О. Ган та Ф. Штрассманн зробили 22 грудня 1938 р. одне з найбільших відкриттів XX ст. - Відкриття поділу урану під впливом повільних нейтронів. Вчені незаперечно встановили, що в урані, опроміненому нейтронами, містяться ізотопи барію та лантану. Вони могли утворитися лише при припущенні, що нейтрони розвалюють ядра урану на кілька дрібніших осколків.

Механізм поділу пояснили Л. Мейтнер та О. Фріш. Вже існувала так звана краплинна модель ядра: атомне ядро ​​уподобалось краплі рідини. Якщо краплі надати достатню енергію, порушити її, вона може розділитися більш дрібні краплі. Так само і ядро, наведене нейтроном у збуджений стан, здатне розпастися, розділитися на дрібніші частини – ядра атомів легших елементів.

У 1940 р. радянські вчені Г. Н. Флеров і К. А. Петржак довели, що поділ урану може відбуватися спонтанно. Так було відкрито новий вид радіоактивних перетворень, які у природі, спонтанне розподіл урану. Це було винятково важливе відкриття.

Проте, неправильно оголошувати помилковими дослідження з трансуранів у 30-х роках.

Два основні природні ізотопи має уран: уран-238 (істотно переважаючий) і уран-235. Другий головним чином і ділиться під дією повільних нейтронів, тоді як перший, поглинаючи нейтрон, лише перетворюється на більш важкий ізотоп – уран-239, причому це поглинання тим інтенсивніше, чим швидше нейтрони, що бомбардують. Тому в перших спробах синтезу трансуранів ефект уповільнення нейтронів призвів до того, що при обстрілі мішені з природного урану, що містить і , превалював процес поділу.

Але уран-238, що поглинув нейтрон, повинен був неодмінно дати початок ланцюжку утворення трансуранових елементів. Потрібно було знайти надійний спосіб зловити атоми елемента 93 в складній мішанині уламків поділу. Порівняно менші за масою, ці уламки в процесі бомбардування урану повинні були відлітати на великі відстані (мати більшу довжину пробігу), ніж масивні атоми елемента 93.

Ці міркування поклав основою своїх експериментів американський фізик Еге. Макмиллан, який працював у Каліфорнійському університеті. Навесні 1939 р. він став ретельно досліджувати розподіл уламків поділу урану по довжині пробігів. Йому вдалося відокремити маленьку порцію уламків із незначною довжиною пробігу. Саме в цій порції він виявив сліди радіоактивної речовини з періодом напіврозпаду 2,3 дні та високою інтенсивністю випромінювання. Такої активності не спостерігалося в інших фракціях уламків. Макміллан вдалося показати, що ця речовина Х є продуктом розпаду ізотопу уран-239:

До роботи підключився хімік Ф. Ейблсон. Виявилося, що радіоактивна речовина з періодом напіврозпаду 2,3 дні хімічно може бути відокремлена від урану і торію і не має нічого спільного з ренією. Так звалилося припущення, що елемент 93 має бути екаренією.

Про успішний синтез нептунія (новий елемент був названий на честь планети Сонячної системи) оголосив американський журнал «Фізичне огляд» на початку 1940 р. так почалася епоха синтезу трансуранових елементів, який виявився дуже важливим для подальшого розвитку менделєєвського вчення про періодичність.

Мал. 17. Схема синтезу елемента № 93 – нептунія.

Навіть періоди найбільш довгоживучих ізотопів трансуранових елементів, як правило, значно поступаються віку Землі, а тому їхнє існування в природі в даний час практично виключене. Таким чином, зрозуміло причина обриву природного ряду хімічних елементів на урані – елементі 92.

За нептунієм пішов плутоній. Він був синтезований з ядерної реакції:

взимку 1940 – 1941 рр. американським вченим Г. Сіборгом із співробітниками (у лабораторії Г. Сіборга згодом було синтезовано ще кілька нових трансуранових елементів). Але найважливішим ізотопом плутонію виявився період напіврозпаду 24 360 років. Крім того, плутоній-239 під дією повільних нейтронів ділиться набагато інтенсивніше, ніж

Мал. 18. Схема синтезу елемента № 94 – плутонію.

У 40-х роках. було синтезовано ще три елементи важче урану: америцій (на честь Америки), кюрій (на честь М. та П. Кюрі) та берклій (на честь м. Берклі у Каліфорнії). Мішенню в ядерних реакторах служив плутоній-239, що бомбардувався нейтронами і a-частинками, і америцій (його опромінення призвело до синтезу берклію):

.

50-ті роки. почалися із синтезу каліфорнію (№ 98). Його вдалося отримати тоді, коли було накопичено у значних кількостях довгоживучий ізотоп кюрій-242 і з нього виготовили мішень. Ядерна реакція: призвела до синтезу нового елемента 98.

Щоб рухатися до елементів 99 і 100, слід подбати про накопичення вагових кількостей берклію та каліфорнію. Обстріл виготовлених із них мішеней a-частинками давав підстави синтезувати нові елементи. Але надто малі були періоди напіврозпаду (години та хвилини) синтезованих ізотопів елементів 97 та 98, і це виявлялося перешкодою для накопичення їх у необхідних кількостях. Передбачався й інший шлях: тривале опромінення плутонію інтенсивним потоком нейтронів. Але довелося б чекати на результати довгі роки (щоб отримати один з ізотопів берклію в чистому вигляді, плутонієву мету опромінювали цілих 6 років!). Значно скоротити час синтезу можна було лише одним-єдиним способом: різко збільшити потужність нейтронного пучка. У лабораторіях таке виявлялося неможливим.

На допомогу прийшов термоядерний вибух. 1 листопада 1952 р. американці провели вибух термоядерного пристрою на атоле Еніветок у Тихому океані. На місці вибуху зібрали кілька сотень кілограмів ґрунту, досліджували зразки. В результаті вдалося виявити ізотопи елементів 99 і 100, названих відповідно ейнштейнієм (на честь А. Ейнштейна) та фермієм (на честь Е. Фермі).

Потік нейтронів, що утворюється при вибуху, виявився дуже потужним, що ядра урану-238 зуміли поглинути за дуже короткий проміжок часу велику кількість нейтронів. Ці надважкі ізотопи урану в результаті ланцюжків послідовних розпадів перетворилися на ізотопи ейнштейнія і фермія (рисунок 19).

Мал. 19. Схема синтезу елементів № 99 – ейнштейнія та № 100 – фермія.

Менделєєвієм названий хімічний елемент № 101, синтезований американськими фізиками на чолі з Г. Сіборгом в 1955 р. Автори синтезу назвали новий елемент «на честь визнання заслуг великого російського хіміка, який першим використовував для передбачення властивостей невідкритих хімічних елементів періодичну систему». Вченим вдалося накопичити достатню кількість ейнштейнію, щоб приготувати з нього мету (кількість ейнштейнію вимірювалося мільярдом атомів); опромінюючи її a-частинками, можна було розрахувати на синтез ядер елемента 101 (рисунок 20):

Мал. 20. Схема синтезу елемента № 101 - Менделєєвія.

Період напіврозпаду отриманого ізотопу виявився значно більшим, ніж передбачали теоретики. І хоча в результаті синтезу були отримані лічені атоми менделєєвія, виявилося можливим вивчити їх хімічні властивості тими ж методами, які використовувалися для попередніх трансуранів.

Гідну оцінку періодичного закону дав Вільям Размай, який стверджував, що періодичний закон є справжнім компасом для дослідників.

Минуло зовсім кілька років, після його смерті і Менделєєвська система стала найважливішою ланкою наших знань про світ, в якому ми живемо, про еволюцію речовини у всесвіті, оскільки Менделєєв у своїх наукових відкриттях, і особливо у відкритті періодичного закону на ділі застосовував діалектичний метод пізнання явищ природи, у зв'язку з чим отримав високу оцінку Фрідріха Енгельса, який, оцінюючи періодичний закон, зазначив, що вчений хоч несвідомо застосував гегелівський закон про перехід кількості в якість, він все ж таки здійснив науковий подвиг».

Вивчати хімію неможливо інакше, як на основі цього всюдисущого закону. Яким безглуздим виглядав би підручник хімії без таблиці Менделєєва! Потрібно розуміти, як різні елементи пов'язані між собою та чому вони так пов'язані. Тільки тоді періодична система виявиться найбагатшим сховищем інформації про властивості елементів та їх сполук, таким сховищем, з яким мало що може зрівнятися.

Досвідчений хімік, лише глянувши на місце, яке займає будь-яким елементом у системі, може розповісти про нього багато що: метал - даний елемент або неметал; утворює він чи ні сполуки з воднем – гідриди; які оксиди притаманні цього елемента; які валентності він може виявляти, вступаючи у хімічні сполуки; які з'єднання цього елемента будуть стійкі, а які, навпаки, виявляться неміцними; з яких з'єднань і яким способом зручніше і найвигідніше отримувати даний елемент у вільному вигляді. І якщо хімік здатний витягти всі ці відомості з періодичної системи, це означає, що він добре її освоїв.

Періодична система є основою для отримання нових матеріалів та речовин з новими, незвичайними, заздалегідь заданими властивостями, таких речовин, які невідомі природі. Вони створюються тепер у великій кількості. Вона ж стала дороговказом для синтезу напівпровідникових матеріалів. Вчені на безлічі прикладів виявили, що найкращими напівпровідниковими властивостями мають або повинні мати сполуки елементів, що займають певні місця в менделєєвській таблиці (головним чином у III – V її групах).

Не можна ставити завдання одержання нових сплавів, ігноруючи періодичну систему. Адже будова та властивості сплавів визначаються положенням металів у таблиці. Нині відомі тисячі різних сплавів.

Мабуть, у будь-якій галузі сучасної хімії можна помітити відблиск періодичного закону. Але не лише хіміки схиляють голову перед його величчю. У важкій і цікавій справі синтезу нових елементів неможливо обійтися без періодичного закону. Гігантський природний процес синтезу хімічних елементів відбувається у зірках. Цей процес вчені називають нуклеосинтезом.

Поки що вчені не уявляють якими саме способами, в результаті яких послідовних ядерних реакцій утворилися відомі нам хімічні елементи. Гіпотез нуклеосинтезу багато, закінченої теорії ще немає. Але можна з упевненістю сказати, що навіть найстрашніші припущення про шляхи походження елементів були б неможливі без урахування послідовного розташування елементів у періодичній системі. Закономірності ядерної періодичності, будови та властивостей атомних ядер лежать в основі різноманітних реакцій нуклеосинтезу.

Довго можна перераховувати ті галузі людського знання та практики, де Великий закон та система елементів відіграють важливу роль. І, правду кажучи, ми навіть не уявляємо всю масштабність менделєєвського вчення про періодичність. Багато разів воно ще блисне перед вченими своїми несподіваними гранями.

Менделєєв, безперечно, – один із найбільших хіміків світу. Хоча з часу його закону минуло понад сто років, ніхто не знає, коли буде до кінця зрозумілим весь зміст знаменитої таблиці Менделєєва.

Мал. 21. Фото Дмитра Івановича Менделєєва.

Мал. 22. Російське хімічне товариство під головуванням

1. Петрянов І. В., Трифонов Д. Н. «Великий закон»

Москва, "Педагогіка", 1984 р.

2. Кедров Б. М. «Прогнози Д. І. Менделєєва в атомістиці»

Москва, «Атоміздат», 1977 р.

3. Агафошин Н. П. «Періодичний закон і періодична система елементів Д. І. Менделєєва» Москва, «Освіта», 1973

4. «Д. І. Менделєєв у спогадах сучасників» Москва, «Атоміздат», 1973

5. Волков В. А. Біографічний довідник «Видатні хіміки світу» Москва, «Вища школа», 1991

6. Боголюбова Л. Н. «Біографії великих хіміків» Москва, «Освіта», 1997

7. Іванова Л. Ф., Єгорова Е. Н. Настільна енциклопедія «Все про все» Москва, «Мнемозіна», 2001

8. Сум Л. Б. дитяча енциклопедія «Я пізнаю світ. Хімія» Москва, «Олімп», 1998

Відкриття таблиці періодичних хімічних елементів стало одним із важливих віх історія розвитку хімії як науки. Першовідкривачем таблиці став російський вчений Дмитро Менделєєв. Неординарний вчений з широким науковим кругозіром зумів об'єднати всі уявлення про природу хімічних елементів у єдину струнку концепцію.

Про історію відкриття таблиці періодичних елементів, цікаві факти, пов'язані з відкриттям нових елементів і народних байках, які оточували Менделєєва та створену ним таблицю хімічних елементів, М24.RU розповість у цій статті.

Історія відкриття таблиці

До середини XIX століття було відкрито 63 хімічні елементи, і вчені всього світу не раз робили спроби об'єднати всі елементи, що існували, в єдину концепцію. Елементи пропонували розмістити у порядку зростання атомної маси та розбити на групи за подібністю хімічних властивостей.

У 1863 році свою теорію запропонував хімік і музикант Джон Олександр Ньюленд, який запропонував схему розміщення хімічних елементів, схожу на ту, що відкрив Менделєєв, але робота вченого не була прийнята всерйоз науковою спільнотою через те, що автор захопився пошуками гармонії та зв'язком музики з хімією.

У 1869 Менделєєв опублікував свою схему періодичної таблиці в журналі Російського хімічного товариства і розіслав повідомлення про відкриття провідним ученим світу. Надалі, хімік не раз доопрацьовував і покращував схему, поки вона не набула звичного вигляду.

Суть відкриття Менделєєва у цьому, що із зростанням атомної маси хімічні властивості елементів змінюються не монотонно, а періодично. Після певної кількості різних за властивостями елементів властивості починають повторюватися. Так, калій схожий на натрій, фтор - на хлор, а золото схоже на срібло і мідь.

У 1871 року Менделєєв остаточно об'єднав ідеї на періодичний закон. Вчені передбачили відкриття кількох нових хімічних елементів і описав їх хімічні властивості. Надалі розрахунки хіміка повністю підтвердилися – галій, скандій та германій повністю відповідали тим властивостям, які їм приписав Менделєєв.

Байки про Менделєєва

Про відомого вченого та його відкриття ходило чимало байок. Люди на той час слабо уявляли хімію і вважали, що заняття хімією - це щось на кшталт поїдання супу з немовлят та крадіжки у промислових масштабах. Тому діяльність Менделєєва швидко обросла масою чуток та легенд.

Одна з легенд свідчить, що Менделєєв відкрив таблицю хімічних елементів уві сні. Випадок не єдиний, так само говорив про своє відкриття Август Кекуле, якому наснилася формула бензольного кільця. Проте Менделєєв лише сміявся з критиків. «Я над нею, може, двадцять років думав, а ви кажете: сидів раптом... готово!», - якось сказав учений про своє відкриття.

Інша байка приписує Менделєєву відкриття горілки. У 1865 році великий вчений захистив дисертацію на тему «Міркування про поєднання спирту з водою» і це одразу дало привід для нової легенди. Сучасники хіміка посміювалися, мовляв, вчений «непогано творить під дією спирту, з'єднаного з водою», а наступні покоління вже називали Менделєєва першовідкривачем горілки.

Посміхалися і з способу життя вченого, а над тим, що Менделєєв обладнав свою лабораторію в дуплі величезного дуба.

Також сучасники глузували з пристрасті Менделєєва до валіз. Вчений у пору своєї мимовільної бездіяльності в Сімферополі змушений був бавити час за плетінням валіз. Надалі він самостійно майстрував для потреб лабораторії картонні контейнери. Незважаючи на явно «аматорський» характер цього захоплення, Менделєєва часто називали «валізи майстром».

Відкриття радію

Одна з найтрагічніших і водночас відомих сторінок в історії хімії та появи нових елементів у таблиці Менделєєва пов'язана з відкриттям радію. Новий хімічний елемент був відкритий подружжям Марією та П'єром Кюрі, яке виявило, що відходи, що залишаються після виділення урану з уранової руди, більш радіоактивні, ніж чистий уран.

Оскільки про те, що таке радіоактивність, тоді ще ніхто не знав, то новому елементу чутка швидко приписала цілющі властивості та здатність виліковувати чи не від усіх відомих науці хвороб. Радій включили до складу харчових продуктів, зубної пасти, кремів для обличчя. Багачі носили годинник, циферблат якого був пофарбований фарбою, що містить радій. Радіоактивний елемент рекомендували як засіб для покращення потенції та зняття стресу.

Подібне «виробництво» тривало цілих двадцять років - до 30-х років ХХ століття, коли вчені відкрили справжні властивості радіоактивності і з'ясували наскільки згубно вплив радіації на людський організм.

Марія Кюрі померла у 1934 році від променевої хвороби, спричиненої довготривалим впливом радію на організм.

Небулій та короній

Таблиця Менделєєва як упорядкувала хімічні елементи у єдину струнку систему, а й дозволила передбачити багато відкриття нових елементів. Водночас деякі хімічні «елементи» були визнані неіснуючими на підставі того, що вони не вкладалися в концепцію періодичного закону. Найбільш відома історія з «відкриттям» нових елементів небулію та коронія.

При дослідженні сонячної атмосфери астрономи виявили спектральні лінії, які не вдалося ототожнити з жодним із відомих землі хімічних елементів. Вчені припустили, що ці лінії належать новому елементу, який отримав назву короній (бо лінії були виявлені при дослідженні «корони» Сонця - зовнішнього шару атмосфери зірки).

За кілька років астрономи зробили ще одне відкриття, вивчаючи спектри газових туманностей. Виявлені лінії, які знову не вдалося ототожнити ні з чим земним, приписали іншому хімічному елементу – небулію.

Відкриття зазнали критики, оскільки в періодичній таблиці Менделєєва вже не залишалося місця для елементів, що володіють властивостями небулію і коронія. Після перевірки виявилося, що небулій є звичайним земним киснем, а короній – сильно іонізоване залізо.

Матеріал створено на основі інформації із відкритих джерел. Підготував Василь Макагонов @vmakagonov

ВІДКРИТТЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ

Періодичний закон було відкрито Д. І. Менделєєвим під час роботи над текстом підручника «Основи хімії», що він зіткнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 р., обмірковуючи структуру підручника, учений поступово дійшов висновку, що властивості простих речовин, і атомні маси елементів пов'язує певна закономірність.

Відкриття періодичної таблиці елементів було здійснено не випадково, це був результат величезної праці, тривалої та копіткої роботи, яка була витрачена і самим Дмитром Івановичем, та безліччю хіміків з числа його попередників та сучасників. «Коли я став остаточно оформлювати мою класифікацію елементів, я написав на окремих картках кожен елемент та його з'єднання, і потім, розташувавши їх у порядку груп та рядів, отримав першу наочну таблицю періодичного закону. Але це був лише останній акорд, результат всього попереднього праці…» - говорив учений. Менделєєв підкреслював, що його відкриття було підсумком, що завершив собою двадцятирічний роздум про зв'язки між елементами, обмірковування з усіх боків взаємовідносин елементів.

17 лютого (1 березня) рукопис статті, що містить таблицю під назвою «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній подібності», був закінчений і зданий до друку з позначками для наборщиків і з датою «17 лютого 1869». Повідомлення про відкриття Менделєєва було зроблено редактором «Російського хімічного товариства» професором М. А. Меншуткіним на засіданні товариства 22 лютого (6 березня) 1869 р. та Новгородської губерній.

У першому варіанті системи елементи були розставлені вченим по дев'ятнадцяти горизонтальним рядам і шести вертикальним стовпцям. 17 лютого (1 березня) відкриття періодичного закону аж ніяк не завершилося, а лише розпочалося. Його розробку та поглиблення Дмитро Іванович продовжував ще протягом майже трьох років. У 1870 р. Менделєєв в «Основах хімії» опублікував другий варіант системи («Природну систему елементів»): горизонтальні стовпці елементів-аналогів перетворилися на вісім вертикально розташованих груп; шість вертикальних стовпців першого варіанта перетворилися на періоди, що починалися лужним металом і закінчуються галогеном. Кожен період було розбито на два ряди; елементи різних рядів, що увійшли до групи, утворили підгрупи.

Сутність відкриття Менделєєва у тому, що із зростанням атомної маси хімічних елементів їх властивості змінюються не монотонно, а періодично. Після певної кількості різних за властивостями елементів, які розташовані за зростанням атомної ваги, властивості починають повторюватися. Відмінністю роботи Менделєєва від робіт його попередників було те, що основ для класифікації елементів у Менделєєва була не одна, а дві - атомна маса та хімічна схожість. Для того, щоб періодичність повністю дотримувалася, Менделєєв виправив атомні маси деяких елементів, кілька елементів розмістив у своїй системі всупереч прийнятим у той час уявленням про їхню схожість з іншими, залишив у таблиці порожні клітини, де мали розміститися поки що не відкриті елементи.

У 1871 р. на основі цих робіт Менделєєв сформулював Періодичний закон, форма якого згодом була дещо вдосконалена.

Періодична система елементів дуже вплинула на подальший розвиток хімії. Вона була першою природною класифікацією хімічних елементів, яка показала, що вони утворюють струнку систему і у тісному зв'язку друг з одним, а й стала могутнім знаряддям для подальших досліджень. У той час, коли Менделєєв на основі відкритого ним періодичного закону складав свою таблицю, багато елементів ще невідомі. Менделєєв був не тільки переконаний, що повинні існувати ще невідомі елементи, які заповнять ці місця, а й заздалегідь передбачив властивості таких елементів, ґрунтуючись на їхньому становищі серед інших елементів періодичної системи. Протягом наступних 15 років прогнози Менделєєва блискуче підтвердилися; всі три очікувані елементи відкрили (Ga, Sc, Ge), що було найбільшим тріумфом періодичного закону.

Д.І. Менделєєвим здано в набір рукопис «Досвід системи елементів, що ґрунтується на їхній атомній вазі та хімічній подібності» // Президентська бібліотека // День в історії http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006

РОСІЙСЬКЕ ХІМІЧНЕ ТОВАРИСТВО

Російське хімічне суспільство – наукова організація, заснована при Санкт-Петербурзькому університеті в 1868 р. і являла собою добровільне об'єднання російських хіміків.

Про необхідність створення Товариства було заявлено на 1-му З'їзді російських дослідників природи і лікарів, що відбувся в Санкт-Петербурзі наприкінці грудня 1867 - початку січня 1868 р. На З'їзді було оголошено рішення учасників Хімічної секції:

«Хімічна секція заявила одностайне бажання з'єднатися в Хімічне суспільство для спілкування сил російських хіміків, що вже склалися. Секція вважає, що це суспільство матиме членів у всіх містах Росії, і що його видання включатиме праці всіх російських хіміків, які друкуються російською мовою».

До цього часу вже було засновано хімічні товариства у кількох європейських країнах: Лондонське хімічне товариство (1841), Хімічне товариство Франції (1857), Німецьке хімічне товариство (1867); Американське хімічне суспільство було засноване 1876 р.

Статут Російського хімічного товариства, складений в основному Д. І. Менделєєвим, був затверджений Міністерством народної освіти 26 жовтня 1868, а перше засідання Товариства відбулося 6 листопада 1868 Спочатку в його склад увійшли 35 хіміків з Петербурга, Казані, Москви, , Києва, Харкова та Одеси. Першим Президентом РХО став М. М. Зінін, секретарем – М. А. Меншуткин. Члени товариства сплачували членські внески (10 руб. на рік), прийом нових членів здійснювався лише за рекомендацією трьох чинних. У перший рік свого існування РХО виросло з 35 до 60 членів і продовжувало плавно рости в наступні роки (129 – у 1879 р., 237 – у 1889 р., 293 – у 1899 р., 364 – у 1909 р., 565 – 1917 р.).

У 1869 р. у РХО виник свій друкований орган – «Журнал Російського хімічного товариства» (ЖРГО); журнал виходив 9 разів на рік (щомісяця, крім літніх місяців). Редактором ЖРГО з 1869 по 1900 був М. А. Меншуткин, і з 1901 по 1930 – А. Є. Фаворський.

У 1878 р. РХО об'єдналося з Російським фізичним суспільством (засновано 1872 р.) в Російське фізико-хімічне суспільство. Першими Президентами РФХО були А. М. Бутлеров (1878–1882 рр.) та Д. І. Менделєєв (1883–1887 рр.). У зв'язку з об'єднанням з 1879 р. (з 11-го тому) «Журнал Російського хімічного товариства» було перейменовано на «Журнал Російського фізико-хімічного товариства». Періодичність видання складала 10 номерів на рік; журнал складався з двох частин – хімічної (ЖРХО) та фізичної (ЖРФО).

На сторінках ЖРГО вперше було надруковано багато праць класиків російської хімії. Можна особливо відзначити роботи Д. І. Менделєєва щодо створення та розвитку періодичної системи елементів та А. М. Бутлерова, пов'язані з розробкою його теорії будови органічних сполук; дослідження Н. А. Меншуткіна, Д. П. Коновалова, Н. С. Курнакова, Л. А. Чугаєва в галузі неорганічної та фізичної хімії; В. Ст. хімії. За період з 1869 по 1930 р. в ЖРГО було опубліковано 5067 оригінальних хімічних досліджень, друкувалися також реферати та оглядові статті з окремих питань хімії, переклади найцікавіших робіт із іноземних журналів.

РФХО стало засновником Менделєєвських з'їздів із загальної та прикладної хімії; три перші з'їзди пройшли в С.-Петербурзі в 1907, 1911 та 1922 рр. У 1919 р. видання ЖРФХО було припинено та відновлено лише у 1924 р.