Таблица Менделеева
К середине XIX века ученым были известны 63 (из которых один – дидим Di – оказался в дальнейшем смесью двух открытых празеодима и неодима) химических элемента, и попытки найти закономерности в их свойствах предпринимались неоднократно. Так, в 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им “закон триад”: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и йод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил химические элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Однако эти модели не привлекли внимания научной общественности.
В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого (“закон октав”) внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована попытками автора найти в таблице музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864).
Свои соображения о периодической системе элементов Д.И. Менделеев долго не мог представить в виде ясного обобщения, строгой и наглядной системы. Об интуиции Менделеева профессор А.А. Иностранцев сообщил следующее. Однажды, уже будучи секретарем физико-математического факультета, Иностранцев зашел проведать Менделеева. Д.И. Менделеев заговорил о том, что впоследствии воплотилось в периодическую систему элементов, но в ту минуту закон и таблица еще не были сформированы. «Все в голове сложилось, – с горечью прибавил Менделеев, – а выразить таблицей не могу». После этого Менделеев три дня и три ночи, не ложась спать, проработал у конторки, пробуя скомбинировать результаты своей мысленной деятельности в таблицу, но попытки оказались тщетными. Наконец, крайне утомленный он лег спать и тотчас заснул. Позже он говорил: “Вижу во сне таблицу, где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, – только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка”. “Возможно, – добавил профессор Иностранцев, – что этот клочок бумаги сохранился и до настоящего времени. Менделеев нередко пользовался для заметок неиспользованными полулистиками почтовой бумаги от полученных им записок”. Этот рассказ породил различные мифы и упрощенные представления.
Однажды к Менделееву пришел сотрудник газеты “Петербургский листок”, чтобы взять у него интервью по вопросам химии. Репортер спросил: “Как вам пришла в голову, Дмитрий Иванович, ваша периодическая система?” Менделеев: “О-о! Господи!” Затем последовали стоны, потрясание головой, вздохи и смех. И, наконец, решительное: “Да ведь не так, как у вас, батенька! Не пятак за строчку! Не так, как вы! Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку – готово! Не так-с!”
Написав на карточках основные свойства каждого элемента, Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы (“Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве”), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов).
В 1870 году Менделеев в “Основах химии” публикует второй вариант системы (“Естественную систему элементов”), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.
Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две – атомная масса и химическое сходство.
Д.И. Менделеев писал: “Посвятив свои силы изучению вещества, я вижу в нем два таких признака или свойства: массу, занимающую пространство и проявляющуюся в протяжении, а яснее или реальнее всего в весе, и индивидуальность, выраженную в химических превращениях, а яснее всего формулированную в представлении о химических элементах…”. Отсюда, продолжал Д.И. Менделеев, “… невольно зарождается мысль о том, что между массою и химическими элементами необходимо должна быть связь, а так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде атомов, то надо искать… соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами”. Так, в бесконечном многообразии свойств, присущих различным веществам, Менделеев усмотрел то общее свойство, которое, оказавшись присущим всех химическим элементам, привело его к открытию величайшего закона природы. Таким образом, присущим всем веществам свойством, оказался вес составляющих их атомов – атомный вес.
Для того чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (напр., бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон.
Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875 – 1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и ряд физических и химических свойств.
В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства.
Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. В 2010 году, с синтезом 117 элемента, седьмой период периодической системы был завершён, однако проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии.
Напоследок хочу продемонстрировать оригинальный вариант периодической таблицы Менделеева, который лишний раз показывает, что в природе все движется по спирали (картинка кликабельна).
Полезные ссылки:
Тут, как говорится, без комментариев.
Отображение таблицы на странице настраивается более, чем по 40 характеристикам, включая внешний вид! Готовый вариант можно скачать и распечатать.
При щелчке по элементу может выдавать различные характеристики или свойства простого вещества или электронную конфигурацию атома – выбор параметров осуществляется в шапке страницы.
Зажав левую кнопку мыши, таблицу можно вращать. Столбцы можно настроить по различным параметрам, например, по числу электронов, содержанию элемента в земной коре, температуре кипения простого вещества и так далее. Всего представлен 21 параметр. При клике на элемент, появляется всплывающее окно, с кратким описанием элемента, анимированной моделью атома и кратким набором характеристик. Таблица на английском языке.
C подробной информацией о каждом химическом элементе. Есть мобильные приложения для Android & iOS, но нет русского языка.
