Фундамент современной химии: периодическая система Менделеева

«Истина открывается в тиши тем, кто ее разыскивает.»
Дмитрий Менделеев

Открытие периодического закона и упорядочивание химических элементов стало важнейшей вехой в истории науки. Этот прорыв совершил русский ученый Дмитрий Менделеев, который смог объединить известные свойства элементов в единую стройную систему.

Вещий сон химика

Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) — российский химик, автор периодического закона химических элементов

В XIX веке химия переживала подъем: постоянно открывались новые элементы, создавались их соединения, изучались свойства. К середине столетия было известно о существовании 63 химических элементов. Многие ученые интуитивно чувствовали, что их можно привести в упорядоченную систему, и работали над решением этой задачи, но достичь убедительных результатов не удавалось никому. Английский химик и музыкант Джон Ньюлендс ближе других подошел к созданию периодической системы, но он пытался увязать химию с музыкальной гармонией, и к его разработкам не отнеслись всерьез.

И вот, в 1869 году русский химик Менделеев сообщил об открытии периодического закона химических элементов и представил составленную на его основе таблицу. Это было итогом многолетнего упорного труда, таланта и… озарения. Многие слышали легенду о том, что периодический закон был открыт Менделеевым во сне. Насколько правдива эта история? Сам автор закона высказывал по этому поводу противоречивые утверждения. Журналистам он говорил, что работал над таблицей 20 лет, — и это правда. А друзьям сознавался, что окончательный вариант системы пришел к нему во сне. И это тоже правда. Но этот сон не приснился бы ему, если бы не предварительная подготовка в виде нескольких лет научной работы.

Дмитрий Иванович очень долго бился над проблемой правильной расстановки элементов, бывало, не спал ночами и забывал поесть. Однажды, после трех дней интенсивной работы, он, уставший, прилег отдохнуть и задремал. Вот тут-то ему и привиделась периодическая таблица во всей красе и точности. Очнувшись, он немедленно занес на бумагу свое видение. Позже, несколько раз все перепроверив, Менделеев внес всего лишь одно существенное уточнение в приснившуюся таблицу.

Менделеев исторически сопоставлял атомные массы и химические свойства элементов. Современная периодическая таблица упорядочена по атомному номеру — числу протонов, то есть заряду ядра.

По вертикали и по горизонтали

Исторически Менделеев обнаружил периодическое повторение свойств, сопоставляя элементы главным образом по атомным массам и химическому сходству. Современная формулировка периодического закона связывает периодическое изменение свойств с атомным номером (зарядом ядра). Если расположить элементы по возрастанию атомного номера, свойства закономерно повторяются. К примеру, фтор похож на хлор, а натрий — на калий. В таблице они расположены друг под другом, в разных рядах, но в одних и тех же колонках.

Таким образом, в каждом ряду периодической таблицы происходит постепенное возрастание массы элементов. А в каждой колонке собраны элементы со схожими химическими свойствами. К примеру, с правого края таблицы находится колонка, содержащая так называемые благородные газы: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Это вещества, известные своей низкой химической активностью — они неохотно вступают в реакции с другими элементами. Вещества из крайней левой колонки (литий, натрий и т. д.) обладают противоположными качествами — во взаимодействиях они проявляют себя очень бурно.

Составляя таблицу, Менделеев в ряде случаев ставил химическое сходство выше строгой последовательности известных тогда атомных масс и предлагал пересмотреть некоторые экспериментальные значения. Позднее открытие атомного номера объяснило, почему отдельные пары элементов в современной таблице располагаются не в порядке возрастания относительной атомной массы. Вторым доказательством послужило открытие многочисленных новых элементов, которые были предсказаны Менделеевым и идеально вписались в таблицу.

Существует легенда, что Менделеев изобрел водку, вернее, придумал смешивать спирт с водой в таких пропорциях, чтобы получался сорокаградусный напиток. На самом деле ученый написал диссертацию «Рассуждение о соединении спирта с водою», где не было ни слова о водке

Для проверки: Royal Society of Chemistry, Periodic Table — современная таблица упорядочена по атомному номеру; IUPAC определяет элемент по числу протонов в ядре.