От водорода до …?
Шрифт:
Каким же образом поставленная Менделеевым задача была разрешена? Отвечая на этот неоднократно задаваемый ему вопрос, Д. И. Менделеев писал: «Посвятив свои силы изучению вещества, я вижу в нем два таких признака или свойства: массу, занимающую пространство и проявляющуюся в притяжении, 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».
4
Предложение заменить термин «атомные веса» термином «относительные атомные массы» внесено Международной комиссией по атомным весам, но пока не утверждено.
Сопоставляя между собой известные в то время химические элементы, Менделеев после колоссальной работы открыл, наконец, ту замечательную зависимость, ту общую закономерную связь между отдельными элементами, в которой они предстают как единое целое, где свойства каждого элемента являются не чем-то оторванным, самостоятельным, само собой существующим, а периодически и правильно повторяющимся явлением.
Менделеевым был открыт закон, который по периодической повторяемости свойств элементов, расположенных в порядке увеличения атомных весов, был назван им периодическим. В знак признания великой заслуги Менделеева открытый им закон стали называть периодическим законом Менделеева.
Расположив похожие по свойствам химические элементы один под другим в порядке возрастания атомных весов и установив явственную периодичность свойств, Менделеев создал естественную классификацию, которая под названием периодической системы химических элементов известна в настоящее время всему миру. В честь ее творца она называется в настоящее время периодической системой элементов Д. И. Менделеева, или, часто, просто таблицей Менделеева.
Фотокопия первого варианта периодической системы элементов Д. И. Менделеева, написанного его рукой с примечаниями для типографии.
В таблице Менделеева каждый химический элемент занимает определенное место, отмечающееся соответствующей цифрой, — порядковым номером химического элемента.
Некоторые места в таблице, созданной Менделеевым, оказались незаполненными, так как элементы, которые должны были бы занимать эти места, еще не были открыты. Таким образом, пустые места в периодической системе указывали на наличие в природе еще не открытых химических элементов, а по числу свободных мест в таблице можно было установить и число неоткрытых элементов. Изучая свойства известных химических элементов, окружающих свободное место в таблице, можно заранее предсказать свойства еще не открытых элементов.
В марте 1869 г. Менделеев сообщил Русскому химическому обществу об открытом им законе в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» и тогда же сформулировал основные положения открытого закона. Из них особенно замечательны следующие: «Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела. Должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел … Некоторые аналогии [5] элементов открываются по величине веса их атома».
5
Аналог (от
Пользуясь законом, Менделеев предсказал и подробно описал свойства некоторых еще не известных элементов. Дальнейшие открытия химических элементов подтвердили правильность предсказаний Менделеева и, явившись подлинным торжеством науки, поставили имя Менделеева на первое место в истории не только химии, но и всего естествознания. Всего Менделеевым было предсказано существование одиннадцати химических элементов, в том числе и таких, как полоний, радий, протактиний.
Закон Менделеева — могучее оружие познания природы и ее закономерностей; он по праву занимает в настоящее время ведущее место в науке о веществе. С помощью закона Менделеева ученые успешно раскрывали и раскрывают тайны природы. Когда на рубеже XIX и XX вв. были открыты радиоактивные элементы, периодический закон помог ученым не только изучить их свойства, но и проникнуть внутрь атома, что в свою очередь увенчалось величайшим достижением XX в. — использованием атомной энергии в практических целях. Не только химия, но многие науки, в числе их такие, как физика, биология, медицина и другие, пользуются законом Менделеева. Безусловно, прав выдающийся ученый академик А. Е. Ферсман, который, оценивая значение закона Менделеева, писал: «Будут, конечно, появляться и умирать новые теории, блестящие учения физики и химии будут изменять устаревшие понятия, будут открываться новые широкие горизонты, но несомненно, что периодический закон Менделеева будет жить всегда!».
Руководствуясь периодическим законом, Менделеев ответил и на тысячелетней давности вопрос о числе основных веществ природы, о числе тех разновидностей строительного материала, из которого состоят Земля, Луна, Солнце, звезды, вся Вселенная.
В своей статье «Периодическая законность для химических элементов» Менделеев в 1871 г. писал: «…судя по тому, что в метеорных камнях, на солнце и звездах существуют те же элементы, какие мы знаем, … можно думать, что число доступных нам элементов очень ограничено и если существуют немногие новые тяжелые элементы внутри массы земли, то число и количество их очень ограничено».
К настоящему времени все пустые места в периодической системе заполнены, атомы десяти следующих за ураном и искусственным путем полученных элементов радиоактивны, неустойчивы и быстро распадаются; если учесть, что при дальнейшем увеличении веса атома он, согласно данным современной науки, будет столь неустойчив, что его существование нельзя считать практически значимым, то общее число химических элементов, достоверно известных науке в настоящее время, равняется ста трем.
В заключение краткого введения к рассказам об элементах дадим самое сжатое изложение основных понятий и определений, которые встречаются в тексте.
Вещества могут быть простыми и сложными: в сернистом железе — сложном веществе — находятся элементы сера и железо. Но до соединения серы с железом каждое из них в отдельности представляло простое вещество. Водород и кислород в обычных условиях как простые вещества — это газы, но в одном из их соединений — перекиси водорода, содержатся не простые вещества, а элементы.
Одни простые вещества нельзя превратить в другие обычными химическими способами, а ядерные превращения, с помощью которых возможно осуществить такие превращения, принципиально отличаются от методов химии.
Сложные вещества могут быть разложены, но не всегда при этом образуются простые: окись ртути при разложении дает два простых вещества — ртуть и кислород, но карбонат кальция распадается при нагревании на окись кальция и углекислоту, которые сами представляют собой вещества сложные. Сложное вещество не всегда получается непосредственно из простых. Так, гидрат окиси натрия получают из окиси натрия и воды. Таким образом, можно сказать, что простые вещества состоят из одного элемента, сложные — из различных элементов. Простое вещество водород — из элемента водорода, сложное вещество вода — из различных элементов.