Путешествие в Страну элементов - Л. Бобров
Если мы заглянем в старые книги по химии, то увидим, что каждый ученый строил такую систему, как хотел. Одному казалось правильным брать за основу некоторые физические свойства элементов (теплопроводность, удельный вес, твердость). Другие пытались расположить элементы в один непрерывный ряд, руководствуясь при этом величиной и знаком заряда, обнаруживаемого при электрохимических опытах. И так далее. Короче говоря, каждый старался найти то единственное свойство, опираясь на которое можно было бы привести в порядок накопленные знания. Но химия не желала вмещаться в прокрустово ложе бесчисленных искусственных систем, так как ни одна из них не могла охватить всего многообразия взаимоотношений между элементами.
Менделеев и поставил перед собой задачу найти, наконец, то свойство элемента, которое бы теснейшим образом было связано со всеми остальными и тем самым могло послужить основой естественной системы элементов.
Долгие годы, предшествовавшие открытию периодического закона, ученый занимался этим вопросом и, наконец, пришел к выводу: свойства химических элементов должны определяться их массой, атомным весом. Но как? Какому закону должна подчиняться эта зависимость? Ведь сказать, например, что объем и давление газов — величины взаимосвязанные, значит сказать очень мало. Другое дело, если мы скажем, что они связаны (по закону Бойля — Мариотта) обратной зависимостью. Мало утверждать, что зависимость существует. Важно найти, по какому закону химические свойства связаны с атомным весом.
Менделеев прежде всего сгруппировал элементы по признаку их химического сходства. Получилось 19 групп. Некоторые из этих групп состояли только из 2 элементов, другие — из 3 и 4. В группе щелочных металлов оказалось 5 элементов.
Затем группы были помещены рядом друг с другом, и в каждой из них элементы расположены в порядке возрастания атомных весов. Получившаяся картина была не новой. Сходные по химическим свойствам группы элементов были известны давно. Теперь задача заключалась в том, чтобы найти связь между несходными группами. И вот тут-то, меняя местами уже целые группы, размещая их так, чтобы рядом оказывались несходные элементы с близкими атомными весами, Менделеев, наконец, нашел, что искал. Получилась та самая картина, которую мы видим на цветной вклейке.
Отсюда ясно: свойства элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов, повторяются через определенные интервалы, периоды.
«Свойства элементов находятся в периодической зависимости от величины их атомных весов», — так сформулировал Менделеев вновь открытый закон природы. Днем рождения периодического закона мы считаем 1 марта 1869 года.
Однако может возникнуть вопрос: неужели до Менделеева никто не заметил, что существует связь между атомным весом и химическими свойствами? В том-то и дело, что замечали. И даже многие. Доберейнер — в Германии, де Шанкуртуа — во Франции, Ньюлендс — в Англии… Известно более трехсот попыток создания классификации химических элементов, основанной на этом принципе. Ближе всех к цели был немецкий ученый Лотар Мейер. Почти одновременно с Менделеевым он построил таблицу, в общем сходную с периодической системой. Правда, опубликовать ее он решился несколько позже. Но Мейер в своих работах повторил ошибку ученых, работы которых предшествовали открытию периодического закона. В найденной закономерности Мейер не разглядел глубокого закона природы, он считал свою таблицу лишь удобным учебным пособием и не отважился делать из нее далеко идущие выводы. Понадобился гений Менделеева, чтобы увидеть за недостаточно ясной еще закономерностью великий закон природы. И не только увидеть, но и сразу же поставить его на службу науке.
Найдите в таблице элемент бериллий, Be. Именно с этим металлом связано первое практическое применение периодического закона, первая трудность и первый триумф.
До 1869 года бериллий считался трехвалентным, и для этого были все основания. Ведь он по своим химическим свойствам во многом похож на алюминий. Как и алюминий, он не реагирует с концентрированной азотной кислотой, но легко растворяется в щелочах с выделением водорода. Гидроокись бериллия, так же как и Al(OH)3, амфотерна (проявляет и щелочные и кислые свойства), а потому для нее характерны соли типа алюминатов — бериллаты и т. д.
Но если бериллий трехвалентен, то атомный вес его должен быть 13,5, так как эквивалент Be равен 4,5 (атомный вес равен эквиваленту, умноженному на валентность). Вот тут-то и начались трудности. Имея такой атомный вес, Be «не хотел» размещаться в периодической системе.
Помещенный между углеродом и азотом (как того требовал его атомный вес), бериллий сразу же нарушал закономерное изменение свойств элементов, опровергая тем самым периодический закон.
Но Менделеев думал иначе. Он был уверен, что найденная закономерность не может быть случайностью. Открыт закон природы, и, следовательно, факты должны обязательно подтвердить его. Что же касается бериллия, то тут Менделеев был уверен: атомный вес этого элемента определен неверно.
В одной полузабытой работе русского химика Авдеева Менделеев находит упоминание о том, что окись глициния (так раньше называли бериллий) похожа по своим свойствам на окись магния.
Основываясь на этом, Менделеев придает окиси бериллия формулу BeO и помещает его во вторую группу, вместе с двухвалентными щелочноземельными металлами, соответственно исправив его атомный вес. Он получает его равным 9 (4,5×2=9).
Многие ученые высказались против такого, как им казалось, «произвольного» изменения многократно проверенной величины, но прошло несколько лет, и главный противник Менделеева Нильсон получил неопровержимое доказательство того, что атомный вес бериллия действительно 9.
Так было положено начало уточнению свойств элементов на основе периодического закона.
Вслед за атомным весом бериллия Менделеев исправляет атомные веса урана, тория, индия, иттрия, лантана, церия, эрбия и дидима (впоследствии оказавшегося смесью празеодима и неодима).
Непрерывно совершенствуя свою систему, Менделеев уже в 1871 году дал форму таблицы, близкую к нашей современной. И в том же 1871 году появилась статья Менделеева, в которой он подробнейшим образом описывал свойства трех еще не открытых элементов. Он назвал их экасилицием (то есть «подобный кремнию»), экабором и экаалюминием.
«Решаюсь сделать это ради того, — писал ученый, — чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».
Когда Л. Мейер прочел эту статью, он воскликнул: «Das ist schon zu viel! (Это уж слишком!) Периодическая законность недостаточно ясна и доказана, чтобы я решился на нечто подобное».
Но время показало, что прав был русский химик. Прошло четыре года. И вот в 1875 году пришло известие из Франции. Молодой ученый-спектроскопист Лекок де Буабодран открыл новый элемент, в котором весь мир сразу же узнал
