Под знаком кванта. - Леонид Иванович Пономарёв
Во времена Менделеева было известно 63 элемента. В таблице, которую он составил в 1869 г., только 36 из них подчинились принципу возрастания атомных масс. Для 20 элементов этот принцип был нарушен, а для оставшихся 7 элементов Менделеев исправил атомные массы на основании своей таблицы. Он настолько верил в найденную систему, что предсказал на ее основе открытие еще 5 элементов: скандия (Sc), германия (Ge), галлия (Ga), технеция (Тс) и рения (Re), оставив для них пустые места в своей таблице. Эти элементы и в самом деле были впоследствии открыты: скандий (№ 23) в 1875 г., галлий (№ 31) в 1879 г., германий (№ 32) в 1886 г., рений (№ 75) в 1925 г., а технеций (№ 43) был синтезирован только в 1937 г.
В каком-то смысле можно сказать, что Менделеев открыл свою систему не на основании фактов, а вопреки им. Он как будто видел заранее всю таблицу и принимал во внимание лишь те факты, которые ей не противоречили. Как в загадочной картинке «Найди охотника!», Менделеев в нагромождении линий вдруг увидел четкие контуры другой, осмысленной картины. А различив ее однажды, не замечать ее в дальнейшем уже невозможно. (Это свойство человеческой психики каждому хорошо знакомо.) Здесь Менделеев обнаружил ту сторону своего ума, которая отличает гения от таланта: большую интуицию — редкий дар природы, позволяющий увидеть истину сквозь шелуху неверных фактов.
В периодической системе элементов Менделеева нашел, наконец, успокоение давний спор между представлениями Аристотеля и Демокрита о природе элементов. По горизонтали таблицы изменяется ненаблюдаемое свойство атома Демокрита — атомная масса (количество); по вертикали элементы естественно группируются в семейства с аналогичными химическими свойствами: валентность, способность вступать в реакции и т. д. Эти свойства наблюдаемы, воздействуют на наши органы чувств и сродни древним «качествам» Аристотеля.
Лагранж как-то сказал: «Счастлив Ньютон, ибо систему мира можно установить лишь однажды». Менделеев установил систему химического мира. Это тоже можно сделать только один раз. Поэтому его имя, как и имя Ньютона, никогда не будет забыто в истории науки.
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН
При взгляде на таблицу Менделеева возникает (и всегда возникал) вопрос: что это — удобный способ запоминания элементов или фундаментальный закон природы? Понимающему взгляду химика таблица говорит очень много, но сейчас мы не в состоянии обо всем этом рассказать. Мы попытаемся понять только главное: если это закон природы, то:
что определяет порядок расположения элементов в таблице?
В чем причина их периодических свойств?
От чего зависит длина периодов?
Ответить на эти вопросы пытались в течение полувека — от Менделеева до Паули. За это время таблицу элементов многократно переписывали, разрезали и снова склеивали, на плоскости и в пространстве, всеми возможными и невозможными способами. Но, как всегда, причина явления лежала вне его самого: объяснить таблицу смогла только физика после создания теории атома.
Уже Менделеев знал, что атомная масса лишь приблизительно определяет положение элементов в таблице. И все же каким-то одному ему известным способом он сумел их упорядочить, а уже затем пронумеровал. Но имеет ли подобная нумерация глубокий смысл? Ведь с таким же успехом мы можем пронумеровать кубики из нашей детской игры-мозаики для того, чтобы можно было всегда и быстро восстановить всю картину. Это, конечно, удобно, однако глубокого смысла не имеет, поскольку номера кубиков никак не связаны с тем, что на этих кубиках изображено, и могут быть заменены другими значками, например, буквами алфавита.
Существует ли глубокая внутренняя связь между химическими свойствами элемента и его порядковым номером в таблице? Или же это внешний и произвольный его признак, вроде номера дома на улице? Если это действительно так, то нумерацию пришлось бы менять с открытием каждого нового элемента, точно так же, как меняют нумерацию домов при дополнительной застройке улицы. Одним словом: порядковый номер элемента в таблице — это удобный способ найти его там или же это его внутренняя характеристика, которая присуща ему независимо от всяких таблиц? Истина склоняется в пользу последнего предположения: за сто с лишним лет существования таблицы нумерация элементов в ней ни разу не изменялась.
Разгадку такой устойчивости таблицы удалось найти лишь через 44 года. В 1913 г. голландец Ван ден Брук (1870—1926) написал короткую заметку, в которой высказал предположение: порядковый номер элемента в таблице Менделеева равен заряду ядра его атомов.
В том же году, изучая рентгеновские спектры различных элементов, эту гипотезу доказал один из лучших учеников Резерфорда Генри Гвин Джеффрис Мозли (1887—1915). Работа Мозли стала главным событием в физике даже в те, полные открытий, годы. Ему не удалось ее завершить: в солнечный день 10 августа 1915 г. в бухте Сува на Дарданеллах в окопах под Галлиполи офицер связи саперной роты Генри Мозли был убит прямым попаданием в голову.
После него остались его труды, из которых следовало, что все известные элементы в таблице расставлены верно, а пустые клетки оставлены как раз на месте еще неоткрытых элементов. Такая окончательность утверждений всегда обладает необъяснимой притягательной силой. Она приобретает особое значение, когда речь идет о системе мира. После работ Мозли система химических элементов была, наконец, установлена окончательно и оставалось только понять ее особенности.
Природа позаботилась о том, чтобы как можно дальше упрятать от глаз естествоиспытателей свои главные характеристики: заряд ядра атома надежно укрыт шубой из электронов и недоступен измерению никакими химическими и большинством физических методов. Это свойство атомов нащупали только после того, как начали обстреливать их такими снарядами, как α-частицы. Вместе с тем именно это, так глубоко запрятанное, свойство определяет структуру атома и все наблюдаемые свойства элементов, состоящих из этих атомов. И если мы хотим по-настоящему узнать, что представляет собой атом, то вначале должны докопаться до его ядра. (Как в сказке о Кащее Бессмертном: высоко на горе растет дуб, на дубу — сундук, в сундуке — заяц, в зайце — утка, в утке — яйцо, в яйце — игла, а в
