100 великих достижений цивилизации - Станислав Эдуардович Ермаков

1868 году Дмитрий Иванович Менделеев начал работать над курсом «Основы химии» и в ходе его подготовки столкнулся с необходимостью логически скомпоновать учебный материал, каким-то образом классифицировав 63 известных тогда химических элемента. Результатом его поисков и стал первый вариант Периодической системы химических элементов, который появился в марте 1869 года.

Двумя неделями позже на заседании Русского химического общества ученый представил доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов», в котором обсуждались возможные принципы классификации химических элементов по их отношению к водороду (формулы гидридов); по их отношению к кислороду (формулы высших кислородных окислов); по валентности и по величине атомного веса.

Кратко описав особенности предложенной таблицы, Д.И. Менделеев сделал вывод о том, что «элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств».

Дмитрий Иванович Менделеев в своём кабинете. 1897 г.

На общем фоне это сообщение прошло почти незамеченным. Но Менделеев не успокоился и продолжил перепроверять обнаруженные в первом варианте «Системы элементов» закономерности и работать над устранением нестыковок. Так продолжалось несколько лет, а потом внимание великого химика привлекли другие проблемы. На них он и сосредоточился. В специальной литературе почти не упоминались слова русского ученого: «По мере возрастания атомного веса элементы сперва имеют все новые и новые изменчивые свойства, а потом эти свойства вновь повторяются в новом порядке, в новой строке и в ряде элементов и в той же последовательности, как и в предшествовавшем ряде. А потому Закон периодичности можно сформулировать следующим образом: “Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости (т. е. правильно повторяются) от их атомного веса”. Законы природы исключений не терпят… Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и неожидаемых, и оправдания тех следствий и опытной проверке. Поэтому-то, увидев периодический закон, я со своей стороны (1869–1871) вывел из него такие логические следствия, которые могли показать, верен он или нет. К числу их относится предсказание свойств неоткрытых элементов и исправление атомных весов многих, мало в то время обследованных элементов… Надобно что-либо одно – или считать периодический закон верным до конца и составляющим новое орудие химических знаний, или его отвергнуть».

Тут надо напомнить читателям, что любое научное открытие имеет одно неотъемлемое свойство: если некий новообретенный закон является истинным, то он позволяет предсказать новые, основанные на нем, открытия. Наука требует подтверждения практикой, фактами.

В 1875 году французский химик Лекок де Буабодран сообщил, что обнаружил новый элемент, получил его соль и определил его свойства. Элемент был назван галлием. В первом сообщении об открытии удельный вес галлия был найден равным 4.7, однако Менделеев на основании своего закона указал на ошибку. Более тщательная проверка подтвердила правоту Дмитрия Ивановича: удельный вес галлия оказался равен 5.96.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон поведал об открытии нового химического элемента – скандия, редкоземельного элемента, который, как вскоре оказалось, представляет собою не что иное, как предсказанный Д.И. Менделеевым экабор.

Аналогично в феврале 1886 года произошло и с открытием германия, в котором уверенно был опознан предсказанный экасилиций.

Таким образом, открытый русским ученым закон и сделанные на его основе предсказания были неоднократно подтверждены. Более того, теоретические выкладки позволили исправить невольные ошибки в экспериментах. Все это привело к тому, что в 80-х годах XIX века Периодический закон был признан одним из важнейших законов природы, а место химического элемента в Периодической системе стало важнейшей его характеристикой.

Со временем стало ясно, что система Дмитрия Ивановича Менделеева гораздо глубже, чем предполагал ее создатель. В то время наука только-только подходила к пониманию того, что атом не является чем-то неделимым, а состоит из разных элементарных частиц. Как оказалось, место элемента в таблице связано и со структурой его атома, количеством протонов и электронных оболочек. В результате закон был переформулирован и сегодня звучит следующим образом: свойства простых веществ и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра (атома) элемента.

Разделить неделимое

Парадокс, каких в науке немало: слово «атом» в переводе с древнегреческого означает «неделимый». Так, по мнению античных философов, следовало называть мельчайшую частицу любого вещества, основу основ, если угодно. Идея о существовании атомов, по сути своей очень здравая, была забыта больше чем на тысячу лет. Лишь становление науки как таковой и переход от рассуждений к экспериментам позволил не только открыть существование атомов, но и начать изучать их внутреннюю структуру, по сути – само устройство Мироздания, что открывает перед людьми как невероятные возможности, так и огромные риски.

Интересно еще и то, что вследствие невероятно малых размеров атомов и элементарных частиц, из которых они состоят, мы можем изучать их только косвенно, лишь изображения с огромным увеличением дают людям возможность хоть как-то увидеть атомы. Тем не менее наука добилась впечатляющих успехов на этом пути.

Идеи об атомарном строении вещества действительно родились из размышлений о природе всего сущего еще в «золотом веке» древнегреческой философии. Однако потом, не без деятельного влияния господствующих религиозных воззрений, на первый план вышла концепция Аристотеля, который видел мир иначе.

В результате систематические исследования строения вещества продолжили лишь тогда, когда в Европе набрала силы эпоха Возрождения. Вернулась и идея существования мельчайших неделимых частиц вещества. Многие естествоиспытатели, такие как Исаак Ньютон и Роберт Бойль, во второй половине XVII века пытались добраться до атома, но при тогдашнем уровне развития науки и ее приборного обеспечения они сделать этого не смогли. Более того, даже необходимость в серьезной разработке атомистической теории в то время еще не потребовалась.

Нужда в ней возникла лишь два с лишним века спустя. К этому времени стало ясно, что построить модель атома, основываясь на принципах классической механики и электродинамики, невозможно.

Благодаря открытию Д.И. Менделеевым периодического закона стало очевидным существование закономерной связи между всеми химическими элементами и того, что их роднит нечто общее.

К концу XIX века наука поняла, что атом – не конечная неделимая частица, но только в начале XX века появились новые публикации, посвященные этой теме.

Первым указанием на сложную структуру атома стали опыты по изучению катодных лучей, которые возникают при электрическом разряде в сильно разреженных газах. Стеклянную трубку, из которой выкачан воздух, снабжали двумя металлическими электродами и пропускали через нее ток высокого напряжения.

При этом от катода трубки перпендикулярно к его поверхности начиналось распространение катодных лучей, вызывающих ярко-зеленое свечение там, куда они попадали. Более того, эти лучи могли влиять на характер движения легких тел в магнитном и электрическом поле. Лучи не