Закон Менделеева
Шрифт:
Каждое новое простое тело давало о себе знать новым сочетанием цветных линий в спектре, новым линейчатым спектром.
Спектральное исследование лучей света, идущих от небесных тел, и позволило определить, из каких элементов состоят звёзды.
Ещё до открытия линейчатых спектров было замечено, что спектр солнечных лучей, который долгое время считали сплошным, на самом деле не сплошной, а пересекается множеством тонких тёмных линий.
Разгадка этих линий была найдена после открытия спектрального анализа. Оказывается, тёмные линии образуются в спектре потому, что свет на своём пути проходит через несветящиеся пары некоторых элементов. Так, например, если свет проходит через
Такие спектры, состоящие из тёмных линий на фоне цветных полос, называют спектрами поглощения.
Спектры поглощения и помогли узнать состав небесных тел.
Изучение спектра поглощения солнечных лучей показало, что солнечный свет проходит на своём пути через более холодные пары очень многих химических элементов — железа, водорода, гелия, натрия, кальция, кремния и других.
Возник вопрос: где же находятся эти пары? Дать на него ответ не представляло трудности. Известно, что в атмосфере Земли нет паров всех тех элементов, о которых говорит солнечный свет. Не могут эти элементы находиться также в межзвёздном пространстве, и вот по какой причине. Спектры поглощения света, идущего от разных звёзд, различны. Значит, свет разных звёзд встречает на своём пути к Земле разные химические элементы (в виде охлаждённых, несветящихся паров). Отсюда ясно, что все те химические элементы, о которых говорят солнечный свет и свет звёзд, находятся в виде паров у самого Солнца, у самой звезды в их внешних, более холодных слоях. Обнаруженные исследованием элементы должны, следовательно, входить в состав этих небесных тел.
Изучение спектров солнечного света показало, что атмосфера Солнца состоит в основном из паров таких химических элементов, как натрий, железо, кальций, кремний и другие. Более плотная часть атмосферы Солнца — хромосфера — содержит в себе главным образом водород, а также гелий.
Изучение спектров небесных тел с неопровержимой убедительностью доказало материальное единство вселенной. Многочисленные спектры Солнца, звёзд, туманностей показали, что ни на одном из небесных тел нет таких элементов, которые были бы неизвестны нам, жителям Земли, нет элементов, которые не входят в периодическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Так, в настоящее время на Солнце найдено уже более 60 химических элементов и все они известны нам по таблице Менделеева.
Весь звёздный мир, вся вселенная, бесконечно разнообразная, состоит из одних и тех же основных веществ мироздания. Мир, во всём своём многообразии, един по своей природе!
«…рождается вопрос: конечно или бесконечно число элементов?», — писал Д. И. Менделеев в 1871 году в своей статье «Периодическая законность для химических элементов» и давал на него ответ: «Судя по ограниченности и, так сказать, замкнутости системы известных поныне элементов, судя по тому, что в метеорных камнях, на солнце и звёздах существуют те же элементы, какие мы знаем, судя по тому, что при высоком атомном весе сглаживаются… свойства элементов… можно думать, что число доступных нам элементов очень ограничено, и если существуют немногие новые тяжёлые элементы внутри массы земли, то число и количество их очень ограничено».
СОВРЕМЕННАЯ ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ
В 1905 году, незадолго до смерти, Д. И. Менделеев писал: «…периодическому закону будущее грозит не разрушением, а только надстройки и развитие быть обещаются». История дальнейшего развития науки показала всю справедливость этого предвидения.
Конец XIX и начало XX века ознаменовались рядом крупных научных открытий в области физики и химии. Эти открытия заставили учёных коренным образом пересмотреть представление об атоме и в особенности об атомном весе, этом наиболее индивидуальном качестве химического элемента, на которое опирался в своей работе Д. И. Менделеев.
В 1895 году Рентгеном были открыты новые, неизвестные дотоле лучи с большой проникающей способностью [4] .
В поисках других подобных лучей профессор Беккерель открыл в следующем году вещество, которое самопроизвольно, без влияния внешнего воздействия, испускает лучи, обладающие огромной проникающей способностью. Это было соединение урана. Явление самопроизвольного распада было названо радиоактивностью (излучением).
Вскоре было установлено, что радиоактивность — явление, распространённое в природе. Оно было обнаружено у элементов тория, актиния и других.
4
О лучах Рентгена см. брошюру проф. Г. С. Жданова «Рентгеновы лучи» в серии «Научно-популярная библиотека» Гостехиздата.
М. Складовская-Кюри, исследуя урановую руду, открыла новый элемент — радий, расположенный в современной периодической таблице элементов под номером 88. Изучение его свойств показало, что этот элемент родственен барию.
Была установлена природа радиоактивного излучения. Как оказалось, при радиоактивном распаде вещества выделяются три рода лучей: они были названы альфа-, бета- и гамма-лучами (альфа, бета и гамма — первые буквы греческого алфавита).
Альфа- и бета-лучи отклоняются в магнитном поле и, следовательно, являются электрически заряженными (рис. 4).
Гамма-лучи магнитным полем не отклоняются; по природе они родственны лучам Рентгена.
Рис. 4. Излучение радия под действием магнитного поля.
Дальнейшее исследование радиоактивных лучей выявило, что альфа-лучи представляют собой поток положительно заряженных частиц, масса которых равна массе атома гелия. Бета-лучи несут на себе отрицательные электрические заряды. Таким образом, открытие радиоактивных веществ показало, что атом не является простейшей неделимой частичкой.
И действительно, вскоре было установлено, что атом состоит из положительно заряженного ядра, вокруг которого на определённых расстояниях вращаются отрицательно заряженные частицы — электроны. Электроны образуют так называемые электронные оболочки атома. Заряд ядра атома уравновешивается суммой зарядов находящихся в нём электронов.
Хотя ядро атома занимает ничтожно малую часть объёма атома, в нём сосредоточена почти вся его масса.
Самый простейший атом — атом водорода. Он имеет ядро, несущее на себе один положительный заряд, и один электрон, который вращается вокруг ядра.
Электроны располагаются в атомах как бы по слоям, распределены в них на определённых уровнях, причём в каждом слое может находиться только определённое число электронов. Например, первый слой «вмещает» всего два электрона, второй — восемь и т. д.
Атомы, как уже говорилось, в целом электронейтральны. Однако при известных условиях они способны терять из внешней оболочки свои электроны или, наоборот, захватывать на свою внешнюю оболочку «чужие» электроны. В этом случае атом становится электрически заряженной частичкой — ионом.