В книге видного советского историка химии Н.Ф.Фигуровского "Очерк общей истории химии. Развитие классической химии в XIX столетии" (М., Наука, 1979). приведены основные периоды открытия 63 химических элементов с древнейших времен до 1869 г. - года установления Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) Периодического закона:
1. Древнейший период (от V тысячелетия до н.э. и до 1200 г. н.э.).
К этому длительному периоду относится знакомство человека с 7 металлами древности - золотом, серебром, медью, свинцом, оловом, железом и ртутью. Кроме этих элементарных веществ в древности были известны сера и углерод, встречающиеся в природе в свободном состоянии.
2. Алхимический период.
В этот период (от 1200 до 1600 г.) было установлено существование нескольких элементов, выделенных либо в процессе алхимических поисков путей трансмутации металлов, либо в процессах производства металлов и переработки различных руд ремесленниками-металлургами. Сюда относятся мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.
3. Период возникновения и развития технической химии (конец XVII в.-1751 г.).
В это время в результате практического изучения особенностей различных металлических руд и преодоления трудностей, возникавщих при выделении металлов, а также открытий в процессе минералогических экспедиций было установлено существование платины, кобальта, никеля.
4. Первый этап химико-аналитического периода в развитии химии (1760-1805 гг.). В этот период с помощью качественного и весового количественного анализов был открыт ряд элементов, причем часть из них лишь в виде "земель": магний, кальций (установление различия извести и магнезии), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окисел), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.
5. Этап пневматической химии. В это время (1760-1780 гг.) были открыты газообразные элементы - водород, азот, кислород и хлор (последний считался сложным веществом - окисленной соляной кислотой до 1809 г.).
6. Этап получения элементов в свободном состоянии путем электролиза (Г.Дэви, 1807-1808 гг.) и химическим путем: калий, натрий, кальций, стронций, барий и магний. Все они, впрочем, и ранее были известны в виде "огнепостоянных" (едких) щелочей и щелочных земель, или мягких щелочей.
7. Второй этап химико-аналитического периода в развитии химии (1805-1850 гг.). В это время в результате усовершенствования методов количественного анализа и разработки систематического хода качественного анализа были открыты бор, литий, кадмий, селен, кремний, бром, алюминий, иод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.
8. Период открытия элементов с помощью спектрального анализа, непосредственно вслед за разработкой и введением этого метода в практику (1860-1863 гг.): цезий, рубидий, таллий и индий."
Как известно, первая в истории химии "Таблица простых тел" была составлена А.Лавуазье в 1787 г. Все простые вещества были разделены на четыре группы: "I. Простые вещества, представленные во всех трех царствах природы, которые можно рассматривать как элементы тел: 1) свет, 2) теплород, 3) кислород, 4) азот, 5) водород. II. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) фосфор, 3) уголь, 4) радикал муриевой кислоты, 5) радикал плавиковой кислоты, 6) радикал борной кислоты. III. Простые металлические вещества, окисляемые и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) серебро, 3) мышьяк, 4) висмут, 5) кобальт, 6) медь, 7) олово, 8) железо, 9) марганец, 10) ртуть, 11) молибден, 12) никель, 13) золото, 14) платина, 15) свинец, 16) вольфрам, 17) цинк. IV. Простые вещества, солеобразующие и землистые: 1) известь (известковая земля), 2) магнезия (основание сульфата магния), 3) барит (тяжелая земля), 4) глинозем (глина, квасцовая земля), 5) кремнезем (кремнистая земля)".
Эта таблица легла в основу химической номенклатуры, разработанной Лавуазье. Д.Дальтон ввел в науку важнейшую количественную характеристику атомов химических элементов - относительный вес атомов или атомный вес.
При отыскании закономерностей в свойствах атомов химических элементов ученые прежде всего обратили внимание на характер изменения атомных весов. В 1815-1816 гг. английский химик У.Праут (1785-1850) опубликовал в "Анналах философии" две анонимные статьи, в которых была высказана и обоснована идея, что атомные веса всех химических элементов являются целочисленными (т.е. кратными атомному весу водорода, который принимался тогда равным единице): "Если взгляды, которые мы решились высказать, правильны, то мы почти можем считать, что первоматерия древних воплощена в водороде...". Гипотеза Праута была очень заманчивой и вызвала постановку многих экспериментальных исследований с целью возможно более точного определения атомных весов химических элементов.
В 1829 г. немецкий химик И.Деберейнер (1780-1849) сопоставлял атомные веса у сходных химических элементов: Литий, Кальций, Хлор, Сера, Марганец, Натрий, Стронций,Бром, Селен, Хром,Калий, Барий, Иод,Теллур, Железо и нашел, что атомный вес среднего элемента равен полусумме атомных весов крайних элементов. Поиски новых триад привели Л.Гмелина (1788-1853) - автора всемирно известного справочного руководства по химии - к установлению многочисленных групп сходных элементов и к созданию их своеобразной классификации.
В 60-х гг. XIX века ученые перешли к сопоставлению между собой уже самих групп химически сходных элементов. Так, профессор Парижской горной школы А.Шанкуртуа (1820-1886) расположил все химические элементы на поверхности цилиндра в порядке возрастания их атомных весов так, чтобы получилась "винтовая линия". При таком расположении сходные элементы часто попадали на одну и ту же вертикальную линию. В 1865 г. английским химиком Д.Ньюлендсом (1838-1898) была опубликована таблица, которая включала в себя 62 химических элемента. Элементы были расположены и пронумерованы в порядке возрастания атомных весов.
Ньюлендс использовал нумерацию, чтобы подчеркнуть, что через каждые семь элементов свойства химических элементов повторяются. При обсуждении в Лондонском химическом обществе в 1866 г. новой статьи Ньюлендса (ее к публикации не рекомендовали) профессор Дж.Фостер с сарказмом спросил: "Не пробовали ли Вы расположить элементы в алфавитном порядке их названий и не заметили ли при таком расположении каких-либо новых закономерностей?"
В 1868 г. английский химик У.Олдинг (1829-1921) предложил таблицу, которая, по мнению автора, демонстрировала закономерную взаимосвязь между всеми элементами.
В 1864 г. немецкий профессор Л.Майер (1830-1895) составил таблицу из 44 химических элементов (из 63 известных).
Оценивая этот период, Д.И.Менделеев писал "Нет ни одного сколько-нибудь общего закона природы, который бы основался сразу, всегда его утверждению предшествует много предчувствий, а признание закона наступает не тогда, когда он вполне осознан во всем его значении, а лишь по утверждении его следствий опытами, которые естествоиспытатели должны признавать высшею инстанциею своих соображений и мнений".
В 1868 г. Д.И.Менделеев начал работать над курсом "Основы химии". Для наиболее логичного расположения материала необходимо было как-то расклассифицировать 63 химических элемента. Первый вариат Периодической системы химических элементов был предложен Д.И.Менделеевым в марте 1869 г.
Через две недели на заседании Русского химического общества был зачитан доклад Менделеева "Соотношение свойств с атомным весом элементов", в котором обсуждались возможные принципы классификации химических элементов:
1) по их отношению к водороду (формулы гидридов); 2) по их отношению к кислороду (формулы высших кислородных окислов); 3) по валентности; 4) по величине атомного веса.
Далее в течение следующих лет (1869-1871 гг.) Менделеев изучал и перепроверял те закономерности и "несообразности", которые были замечены в первом варианте "Системы элементов". Подводя итог этой работы, Д.И.Менделеев писал: "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".
В течение 1872-1874 гг. Менделеев стал заниматься другими проблемами, а в химической литературе о Периодическом законе почти не упоминалось.
В 1875 г. французский химик Л.де Буабодран сообщил, что при исследовании цинковой обманки он спектроскопически обнаружил в ней новый элемент. Он получил соли этого элемента и определил его свойства. В честь Франции он назвал новый элемент галлием (так Францию называли древние римляне). Сравним, что предсказывал Д.И.Менделеев и что было найдено Л.де Буабодраном:
В первом сообщении Л. де Буабодрана удельный вес галлия был найден равным 4.7. Д.И.Менделеев указал ему на его ошибку. При более тщательном измерении удельный вес галлия оказался равен 5.96.
В 1879 г. появилось сообщение шведского химика Л.Нильсона (1840-1899) об открытии им нового химического элемента - скандия. Л.Нильсон отнес скандий к редкоземельным элементам. П.Т.Клеве указал Л.Нильсону на то, что соли скандия бесцветны, его окись нерастворима в щелочах и что скандий представляет собой предсказанный Д.И.Менделеевым экабор. Сравним их свойства.
Анализируя новый минерал в феврале 1886 г. немецкий профессор К.Винклер (1838-1904) открыл новый элемент и считал его аналогом сурьмы и мышьяка. Возникла дискуссия. К.Винклер согласился, что открытый им элемент - это предсказанный Д.И.Менделеевым экасилиций. К.Винклер назвал этот элемент германием.
Итак, ученые-химики трижды подтвердили существование предсказанных Менделеевым химических элементов. Более того, именно предсказанные Менделеевым свойства этих элементов и их положение в Периодической системе позволили исправить ошибки, которые невольно допускали экспериментаторы. Дальнейшее развитие химии происходило на прочной основе Периодического закона, который в 80-х годах XIX в. был признан всеми учеными как один из важнейших законов природы. Таким образом, важнейшей характеристикой любого химического элемента является его место в Периодической системе Д.И.Менделеева .
Девятнадцатый век в истории человечества - век, в который многие науки реформировались, в том числе и химия. Именно в это время появилась периодическая система Менделеева, а вместе с ней - и периодический закон. Именно он стал основой современной химии. Периодическая система Д. И. Менделеева представляет собой систематизацию элементов, которая устанавливает зависимость химических и физических свойств от строения и заряда атома вещества.
История
Начало периодической положила книга «Соотношение свойств с атомным весом элементов», написанная в третьей четверти XVII века. В ней были отображены основные понятия относительно известных химических элементов (на тот момент их насчитывалось всего 63). К тому же у многих из них атомные массы были определены неправильно. Это сильно мешало открытию Д. И. Менделеева.
Дмитрий Иванович начал свою работу со сравнения свойств элементов. В первую очередь он занялся хлором и калием, а уж потом перешёл к работе со щелочными металлами. Вооружась специальными карточками, на которых были изображены химические элементы, он многократно пытался собрать эту «мозаику»: раскладывал на своем столе в поисках нужных комбинаций и совпадений.
После долгих стараний Дмитрий Иванович все же нашёл ту закономерность, которую искал, и выстроил элементы в периодические ряды. Получив в результате пустые ячейки между элементами, учёный понял, что русским исследователям известны не все химические элементы, и что именно он должен дать этому миру те знания в области химии, которые ещё не были даны его предшественниками.
Всем известен миф о том, что Менделееву периодическая таблица явилась во сне, и он по памяти собрал элементы в единую систему. Это, грубо говоря, ложь. Дело в том, что Дмитрий Иванович довольно долго и сосредоточенно работал над своим трудом, и его это сильно выматывало. Во время работы над системой элементов Менделеев однажды заснул. Проснувшись, он понял, что не закончил таблицу, и скорее продолжил заполнение пустых ячеек. Его знакомый, некий Иностранцев, университетский педагог, решил, что таблица Менделееву приснилась во сне и распространил данный слух среди своих студентов. Так и появилась данная гипотеза.
Известность
Химических элементов Менделеева является отображением созданного Дмитрием Ивановичем ещё в третьей четверти XIX века (1869 год) периодического закона. Именно в 1869 году на заседании русского химического сообщества было зачитано уведомление Менделеева о создании им определённой структуры. И в этом же году была выпущена книга «Основы химии», в которой впервые была опубликована периодическая система химических элементов Менделеева. А в книге «Естественная система элементов и использование её к указанию качеств неоткрытых элементов» Д. И. Менделеев впервые упомянул понятие «периодический закон».
Структура и правила размещения элементов
Первые шаги в создании периодического закона были сделаны Дмитрием Ивановичем еще в 1869-1871 годах, в то время он усиленно работал над установлением зависимости свойств данных элементов от массы их атома. Современный вариант представляет собой сведённые в двумерную таблицу элементы.
Положение элемента в таблице несёт определённый химический и физический смысл. По местонахождению элемента в таблице можно узнать, какая у него валентность, определить и другие химические особенности. Дмитрий Иванович пытался установить связь между элементами, как сходными между собой по свойствам, так и отличающимися.
В основу классификации известных на тот момент химических элементов он положил валентность и атомную массу. Сопоставляя относительные свойства элементов, Менделеев пытался найти закономерность, которая объединила бы все известные химические элементы в одну систему. Расположив их, основываясь на возрастании атомных масс, он всё-таки добился периодичности в каждом из рядов.
Дальнейшее развитие системы
Появившаяся в 1969 году таблица Менделеева ещё не раз дорабатывалась. С появлением благородных газов в 1930 годах получилось выявить новейшую зависимость элементов - не от массы, а от порядкового номера. Позднее удалось установить число протонов в атомных ядрах, и оказалось, что оно совпадает с порядковым номером элемента. Учёными XX века было изучено электронное Оказалось, что и оно влияет на периодичность. Это сильно меняло представления о свойствах элементов. Данный пункт был отражён в более поздних редакциях периодической системы Менделеева. Каждое новое открытие свойств и особенностей элементов органично вписывалось в таблицу.
Характеристики периодической системы Менделеева
Таблица Менделеева поделена на периоды (7 строк, расположенных горизонтально), которые, в свою очередь, подразделяются на большие и малые. Начинается период со щелочного металла, а заканчивается элементом с неметаллическими свойствами.
Вертикально таблица Дмитрия Ивановича поделена на группы (8 столбцов). Каждая из них в периодической системе состоит из двух подгрупп, а именно - главной и побочной. После долгих споров по предложению Д. И. Менделеева и его коллеги У. Рамзая было решено ввести так называемую нулевую группу. В неё входят инертные газы (неон, гелий, аргон, радон, ксенон, криптон). В 1911 году учёным Ф. Содди было предложено поместить в периодической системе и неразличимые элементы, так называемые изотопы, - для них были выделены отдельные ячейки.
Несмотря на верность и точность периодической системы, научное общество долго не хотело признавать данное открытие. Многие великие учёные высмеивали деятельность Д. И. Менделеева и считали, что невозможно предсказать свойства элемента, который ещё не был открыт. Но после того как предполагаемые химические элементы были открыты (а это были, например, скандий, галлий и германий), система Менделеева и его периодический закон стали науки химии.
Таблица в современности
Периодическая система элементов Менделеева - основа большинства химических и физических открытий, связанных с атомно-молекулярным учением. Современное понятие элемента сложилось как раз благодаря великому учёному. Появление периодической системы Менделеева внесло кардинальные изменения в представления о различных соединениях и простых веществах. Создание ученым периодической системы оказало огромное влияние на развитие химии и всех наук, смежных с ней.
Открытие Дмитрием Менделеевым периодической таблицы химических элементов в марте 1869 года стало настоящим прорывом в химии. Российскому ученому удалось систематизировать знания о химических элементах и представить их в виде таблицы, которую и сейчас обязательно изучают школьники на уроках химии. Периодическая таблица стала фундаментом для бурного развития этой сложной и интересной науки, а история ее открытия окутана легендами и мифами. Для всех увлекающихся наукой будет интересно узнать правду о том, как Менделеев открыл таблицу периодических элементов.
История таблицы Менделеева: как все начиналось
Попытки классифицировать и систематизировать известные химические элементы предпринимались задолго до Дмитрия Менделеева. Свои системы элементов предлагали такие известные ученые, как Деберейнер, Ньюлендс, Мейер и другие. Однако из-за нехватки данных о химических элементах и их правильных атомных массах предложенные системы были не совсем достоверными.
История открытия таблицы Менделеева начинается в 1869 году, когда российский ученый на заседании Русского химического общества рассказал своим коллегам о сделанном им открытии. В предложенной ученым таблице химические элементы располагались в зависимости от их свойств, обеспечивающихся величиной их молекулярной массы.
Интересной особенностью таблицы Менделеева было также наличие пустых клеток, которые в будущем были заполнены открытыми химическими элементами, предсказанными ученым (германий, галлий, скандий). После открытия периодической таблицы в нее много раз вносились добавления и поправки. Совместно с шотландским химиком Уильямом Рамзаем Менделеев добавил в таблицу группу инертных газов (нулевую группу).
В дальнейшем история периодической таблицы Менделеева была напрямую связана с открытиями в другой науке – физике. Работа над таблицей периодических элементов продолжается до сих пор, и современные ученые добавляют новые химические элементы по мере их открытия. Значение периодической системы Дмитрия Менделеева сложно переоценить, так как благодаря ей:
- Систематизировались знания о свойствах уже открытых химических элементов;
- Появилась возможность прогнозирования открытия новых химических элементов;
- Начали развиваться такие разделы физики, как физика атома и физика ядра;
Существует множество вариантов изображения химических элементов согласно периодическому закону, однако наиболее известный и распространенный вариант – это привычная для каждого таблица Менделеева.
Мифы и факты о создании периодической таблицы
Самым распространенным заблуждением в истории открытия таблицы Менделеева является то, что ученый увидел ее во сне. На самом деле сам Дмитрий Менделеев опроверг этот миф и заявил, что размышлял над периодическим законом на протяжении многих лет. Чтобы систематизировать химические элементы он выписывал каждый из них на отдельную карточку и многократно комбинировал их между собой, расставляя в ряды в зависимости от их схожих свойств.
Миф о «вещем» сне ученого можно объяснить тем, что Менделеев работал над систематизацией химических элементов сутками напролет, прерываясь на непродолжительный сон. Однако только упорный труд и природный талант ученого дал долгожданный результат и обеспечил Дмитрию Менделееву всемирную известность.
Многих учащихся в школе, а иногда и в университете, заставляютзаучивать или хотя бы примерно ориентироваться в таблице Менделеева. Для этого человек должен не только иметь хорошую память, но и логически мыслить, связывая элементы в отдельные группы и классы. Изучение таблицы легче всего дается тем людям, которые постоянно поддерживают мозг в тонусе, проходя тренинги на BrainApps.
В гимназии Д. И. Менделеев учился сначала посредственно. В сохранившихся в его архиве четвертных ведомостях много удовлетворительных оценок, причем их больше в младших и средних классах. В старших классах Д. И. Менделеев заинтересовался физико-математическими науками, а также историей и географией, интересовало его и строение Вселенной. Постепенно успехи юного гимназиста росли и в выпускном аттестате, полученном 14 июля 1849г. были только две удовлетворительные оценки: по закону божьему (предмет, который он не любил) и по русской словесности (хорошей оценки по этому предмету быть не могло, так как Менделеев плохо знал церковнославянский язык). Гимназия оставила в душе Д. И. Менделеева много светлых воспоминаний об учителях: о Петре Павловиче Ершове – (автор сказки «Конек-Горбунок»), бывшем сначала наставником, потом директором Тобольской гимназии; о И. К. Руммеле – (учитель физики и математики), раскрывшем перед ним пути познания природы. Лето 1850г. прошло в хлопотах. Сначала Д. И. Менделеев подал документы в медико-хирургическую академию, однако первого же испытания – присутствия в анатомическом театре – он не выдержал. Мать подсказала другой путь – стать учителем. Но в Главный педагогически институт набор производился через год и как раз в 1850г. приема не было. К счастью повлияло ходатайство,Он был зачислен в институт на казенное обеспечение. Дмитрий Иванович уже на втором курсе увлекся занятиями в лабораториях, интересными лекциями.
В 1855 г. Д. И. Менделеев блестяще окончил институт с золотой медалью. Ему было присвоено звание старшего учителя. 27 августа 1855г. Менделеев получил документы о назначение его старшим учителем в Симферополь. Дмитрий Иванович много работает: преподает математику, физику, биологию, физическую географию. За два года опубликовал в «Журнале Министерства народного просвещения» 70 статей.
В апреле 1859 года молодого ученого Менделеева направляют за границу «для усовершенствования в науках». Он встречается с русским химиком Н. Н Бекетовым, с известным химиком М. Бертло.
В 1860 году Д. И. Менделеев участвует в первом Международном съезде химиков в немецком городе Карлсруэ.
В декабре 1861 года Менделеев становится ректором университета.
Менделеев видел три обстоятельства, которые, по его мнению, способствовали открытию периодического закона:
Во-первых, были более или менее точно определены величины атомных весов большинства известных химических элементов;
Во-вторых, появилось четкое понятие о группах сходных по химическим свойствам элементов (естественных группах);
В-третьих, к 1869г. Была изучена химия многих редких элементов, без знания которой трудно было бы прийти к какому-либо обобщению.
Наконец решающий шаг к открытию закона заключался в том, что Менделеев сопоставил между собой все элементы по величине атомных весов.
В сентябре 1869г. Д. И. Менделеев показал, что атомные объемы простых веществ находятся в периодической зависимости от атомных весов, а в октябре обнаружил валентности элементов в солеобразующих окислах.
Летом 1870г. Менделеев счел необходимым изменить неправильно определенные атомные веса индия, церия, иттрия, тория и урана и в связи с этим изменил размещение этих элементов в системе. Так, уран оказался самым последним элементом в естественном ряду самым тяжелым по величине атомного веса.
По мере открытия новых химических элементов всё острее ощущалась необходимость их систематизации. В 1869 Д. И. Менделеев создал периодическую систему элементов и открыл лежащий в её основе закон. Это открытие явилось теоретическим синтезом всего предшествующего развития 10в. : Менделеев сопоставил физические и химические свойства всех известных тогда 63 химических элементов с их атомными весами и раскрыл зависимость между двумя важнейшими количественно измеренными свойствами атомов, на которых строилась вся химия,- атомным весом и валентностью.
Спустя много лет Менделеев так охарактеризовал свою систему: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов» Менделеев впервые привел каноническую формулировку периодического закона, просуществовавшую до его физического обоснования: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Не прошло и шести лет как весь мир облетело известие: в 1875г. Молодой французский ученый-спектроскопист П. Лекок де Буабодран выделил из минерала добытого в пиренейских горах, новый элемент. Буабодрана навела на след слабая фиолетовая линия в спектре минерала, которую нельзя было приписать ни одному из известных химических элементов. В честь своей родины, которая в древности называлась Галлией, Буабодран назвал новый элемент галлием. Галлий – очень редкий металл, и Буабодрану стоило большего труда добывать его в количестве немногим больше булавочной головки. Каково было удивление Буабодрана, когда через Парижскую академию наук он получил письмо с русской маркой, в котором сообщалось: в описании свойств галлия все верно, за исключением плотности: галлий тяжелее воды не в 4,7 раза, как утверждал Буабодран, а в 5,9 раза. Неужели кто-то другой открыл галлий раньше? Буабодран заново определил плотность галлия, подвергнув металл более тщательной очистки. И оказалось, что он ошибся, а автор письма - это был, конечно, Менделеев, который и не видел галлия, - прав: относительная плотность галлия не 4,7, а 5,9.
А через 16 лет после предсказания Менделеева немецкий химик К. Винклер открыл новый элемент (1886) и назвал его германием. На это раз Менделееву не пришлось самому указывать, что и этот вновь открытый элемент был им предсказан ранее. Винклер отметил, что германий полностью соответствует экасилицию Менделеева. Винклер писал в своей работе: «Едва ли можно найти иное более поразительное доказательство справедливости учения о периодичности, как во вновь открытом элементе. Это не просто подтверждения смелой теории, здесь мы видим очевидное расширение химического кругозора, мощный шаг в области познания».
Существование в природе более десяти новых, не известных никому элементов предсказал сам Менделеев. Для десятка элементов он предсказал
Правильный атомный вес. Все последующие поиски новых элементов в природе велись исследователями при помощи периодического закона и периодической системы. Они не только помогали ученым в поисках истины, но и способствовали исправлению ошибок и заблуждении в науке.
Блестяще оправдалось предсказания Менделеева – открыты три новых элемента: галлий, скандий, германий. Разрешилась долго мучившая ученых загадка бериллия. Атомный вес его был, наконец, точно определен, и место элемента рядом с литием подтвердилось раз и навсегда. К 90-м годам 19в. , по словам Менделеева, «периодическая законность упрочнилась». В учебники по химии в разных странах уже без сомнения стали включать менделеевскую периодическую систему. Великое открытие получило всеобщее признание.
Судьбы великих открытий порой бывают очень трудными. На их пути встречаются испытания, которые иногда даже ставят под сомнение истинность открытия. Так было и с периодической системой элементов.
Оно было связано с неожиданным открытием совокупности газообразных химических элементов, получивших название инертных, или благородных газов. Первым из них является гелий. Почти все справочники и энциклопедии датируют открытие гелия 1868г. и связывают это событие с французским астрономом Ж. Жансеном и английским астрофизиком Н. Локьера. Жансен присутствовал при полном солнечном затмении в Индии в августе 1868г. И его главная заслуга состоит в том, что ему удалось наблюдать солнечные протуберанцы после того, как затмение кончалось. Их наблюдали только во время затмения. Локьер также наблюдал протуберанцы. Не выезжая с Британских островов, в середине октября того же года. Оба ученых послали описания своих наблюдений в Парижскую академию наук. Но так как Лондон гораздо ближе от Парижа, чем Калькутта то письма почти одновременно пришли к адресату 26 октября. Ни о каком новом элементе, якобы присутствовавшем на Солнце. В этих письмах не было ни слова.
Ученые стали детально изучать спектры протуберанцев. И скоро появились сообщения, что в них содержится линия, которая не может относиться к спектру, какого - либо из существующих на Земле элементов. В январе 1869г. итальянский астроном А. Секки обозначил ее как. В такой записи она и вошла в историю науки как спектральная «материка». Публично о новом солнечном элементе 3 августа 1871 года рассказывал на годичном собрании британских ученых физик В. Томсон.
Это действительная история обнаружения гелия на Солнце. Долгое время никто не мог сказать, что представляет из себя этот элемент, какие у него свойства. Некоторые ученые вообще отвергали существование гелия на земле, так как существовать он мог только в условиях высоких температур. На Земле гелий был найден лишь в 1895 г.
Такова природа происхождения таблицы Д. И. Менделеева.
Всё материальное, что нас окружает в природе, будь то космические объекты, обычные земные предметы или живые организмы, состоит из веществ. Разновидностей их существует много. Ещё в древности люди заметили, что они способны не только изменять своё физическое состояние, но и превращаться в другие вещества, наделённые иными свойствами по сравнению с первоначальными. Но вот законы, согласно которым происходят подобные преобразования материи, человек понял не сразу. Для того чтобы сделать это, необходимо было правильно выявить основу вещества и классифицировать существующие в природе элементы. Подобное стало возможным лишь только в середине XIX века с открытием периодического закона. Истории его создания Д.И. Менделеевым предшествовали долгие годы работы, а формированию данного рода знаний способствовал многовековой опыт всего человечества.
Когда были заложены основы химии?
Умельцы античных времён достаточно преуспели в литье и плавке различных металлов, зная множество секретов их трансмутации. Они передали свои знания и опыт потомкам, которые использовали их вплоть до времён Средневековья. Считалось, что неблагородные металлы вполне возможно превратить в ценные, что, собственно, и было основной задачей химиков вплоть до 16-го столетия. В сущности, в подобной идее были заложены ещё философско-мистические представления древнегреческих учёных о том, что вся материя строится из неких «первоэлементов», способных перевоплощаться один в другой. Несмотря на видимую примитивность такого подхода, он сыграл свою роль в истории открытия Периодического закона.
Панацея и белая тинктура
Занимаясь поиском первоосновы, алхимики свято верили в существование двух фантастических веществ. Одним из них был прославленный в легендах философский камень, именуемый также жизненным эликсиром или панацеей. Считалось, что подобное средство не только было безотказным способом превращения в золото ртути, свинца, серебра и прочих веществ, но также служило чудодейственным универсальным лекарством, исцеляющим любые человеческие недуги. Другой элемент, носивший название белой тинктуры, не относился к разряду столь эффективных, но наделялся способностью превращать в серебро остальные вещества.
Рассказывая предысторию открытия периодического закона, невозможно не упомянуть о знаниях, накопленных алхимиками. Они олицетворяли собой образец символического мышления. Представители этой полумистической науки создали некую химическую модель мира и процессов, происходящих в нём на космическом уровне. Стремясь понять суть всех вещей, они подробнейшим образом записывали лабораторные приёмы, оборудование и сведения о химической посуде, с большой скрупулёзностью и старательностью относясь к передаче своего опыта коллегам и потомкам.
Потребность в классификации
Значительных по объёму сведений о самых разных химических элементах к XIX веку накоплено было достаточно, что породило естественную необходимость и желание учёных их систематизировать. Но для проведения подобной классификации требовались дополнительные экспериментальные данные, а также не мистические, а реальные знания о строении веществ и сути основы устройства материи, которых пока не было. К тому же имеющиеся сведения о значении атомных масс известных в те времена химических элементов, на основе которых производилась систематизация, не отличались особой точностью.
Но попытки классификации в среде естествоиспытателей неоднократно предпринимались ещё задолго до осознания истинной сути вещей, составляющей ныне основу современной науки. А в указанном направлении работали многие учёные. Рассказывая кратко о предпосылках открытия периодического закона Менделеева, следует упомянуть о примерах подобных объединений элементов.
Триады
Учёные тех времён чувствовали, что свойства, проявляемые самыми разнообразными веществами, находятся в несомненной зависимости от величин их атомных масс. Понимая это, химик из Германии Иоганн Дёберейнер предложил свою систему классификации элементов, составляющих основу материи. Случилось это в 1829 году. И событие это было достаточно серьёзным продвижением в науке для того периода её развития, а также важным этапом в истории открытия периодического закона. Дёберейнер объединил известные элементы в сообщества, дав им наименование «триады». По существующей системе при этом масса крайних элементов оказывалась равна среднему от суммы атомных масс того члена группы, который находился между ними.
Попытки расширить границы триад
Недостатков в упомянутой системе Дёберейнера было достаточно. К примеру, в цепочке бария, стронция, кальция отсутствовал сходный с ними по строению и свойствам магний. А в сообществе теллура, селена, серы не хватало кислорода. Многие другие похожие вещества также не удалось классифицировать согласно системе триад.
Указанные идеи пытались развивать многие другие химики. В частности немецкий учёный Леопольд Гмелин стремился раздвинуть "тесные" рамки, расширив группы классифицируемых элементов, распределив их в порядке эквивалентных весов и электроотрицательности элементов. Его структуры образовывали не только триады, но и тетрады, пентады, но немецкому химику так и не удалось уловить суть периодического закона.
Спираль де Шанкуртуа
Ещё более сложную схему построения элементов придумал Александр де Шанкуртуа. Он расположил их на плоскости, свёрнутой в цилиндр, распределив по вертикалям с наклоном в 45° в порядке возрастаниях атомных масс. Как предполагалось, по линиям, параллельным оси данной объёмной геометрической фигуры, должны были располагаться вещества со сходными свойствами.
Но на деле идеальной классификации не получилось, так как на одну вертикаль иногда попадали отнюдь не родственные элементы. К примеру, рядом с щелочными металлами оказался совсем другого химического поведения марганец. И в одну "компанию" попали сера, кислород и совсем с ними не сходный элемент титан. Однако подобная схема тоже внесла свою лепту, заняв своё место в истории открытия периодического закона.
Другие попытки создания классификаций
Следом за описанными свою систему классификации предложил Джон Ньюлендс, заметив, что сходство в свойствах элементов, расставленных в соответствии с увеличением атомной массы, проявляет каждый восьмой член из получившегося ряда. Найденную закономерность учёному пришло в голову сравнить со структурой расположения музыкальных октав. При этом он присваивал каждому из элементов свой порядковый номер, располагая их горизонтальными рядами. Но подобная схема опять не получилась идеальной и была оценена весьма скептически в научных кругах.
С 1964 до 1970 гг. таблицы, упорядочивающие химические элементы, создавали также Одлинг и Мейер. Но подобные попытки снова имели свои недостатки. Всё это происходило уже накануне открытия Менделеевым периодического закона. А некоторые труды с несовершенными попытками классификации публиковались даже после того, как таблица, который мы пользуемся и по сей день, была представлена миру.
Биография Менделеева
Родился гениальный русский учёный в городе Тобольске в 1834 году в семье директора гимназии. В доме, кроме него, было ещё шестнадцать братьев и сестёр. Не обделённый вниманием, как самый младший из детей, Дмитрий Иванович с самого незначительного возраста поражал всех необыкновенными способностями. Родители, несмотря на трудности, стремились дать ему самое лучшее образование. Так, Менделеев окончил сначала гимназию в Тобольске, а затем Педагогический институт в столице, сохранив при этом в душе глубокий интерес к наукам. И не только к химии, но и к физике, метеорологии, геологии, технологии, приборостроению, воздухоплаванию и другим.
Вскоре Менделеев защитил диссертацию и стал доцентом Петербургского университета, где читал лекции по органической химии. В 1865 году он представил коллегам свою докторскую на тему «О соединении спирта с водой». Годом открытия периодического закона стал 1969 г. Но этому достижению предшествовало 14 лет напряжённой работы.
О великом открытии
Учитывая ошибки, неточности, а также позитивный опыт коллег, Дмитрий Иванович сумел систематизировать химические элементы самым удобным способом. Он также заметил периодическую зависимость свойств соединений и простых веществ, их формы от значения атомных масс, о чём и говорится в формулировке периодического закона, данного Менделеевым.
Но подобные прогрессивные идеи, к сожалению, далеко не сразу нашли отклик в сердцах даже русских учёных, которые приняли эту инновацию весьма настороженно. А в среде деятелей зарубежной науки, особенно в Англии и Германии, закон Менделеева и вовсе нашёл самых ярых противников. Но очень скоро положение изменилось. Что же послужило причиной? Гениальная смелость великого русского учёного спустя некоторое время явилась миру в доказательствах его блестящей способности научного предвидения.
Новые элементы в химии
Открытие периодического закона и структура периодической таблицы, созданной им, позволили не только осуществить систематизацию веществ, но и сделать ряд предсказаний о наличии в природе многих неизвестных в те времена элементов. Именно поэтому Менделееву удалось претворить на практике то, что до него не удавалось другим учёным.
Прошло всего пять лет, и догадки начали подтверждаться. Француз Лекок де Буабодран открыл новый металл, который назвал галлий. Его свойства оказались очень сходными с предсказанным Менделеевым в теории экаалюминием. Узнав об этом, представители учёного мира тех времён были ошеломлены. Но на этом удивительные факты совсем не закончились. Далее шведом Нильсоном был обнаружен скандий, гипотетическим аналогом которого оказался экабор. А близнецом экасилиция стал открытый Винклером германий. С тех самых пор закон Менделеева начал утверждаться и приобретать всё новых сторонников.
Новые факты гениального предвидения
Создатель настолько увлёкся красотой своей идеи, что взял на себя смелость сделать некоторые допущения, правомерность которых позднее самым блестящим образом подтвердилась практическими научными открытиями. К примеру, некоторые вещества Менделеев расположил в своей таблице вовсе не в соответствии с возрастанием атомных масс. Он предвидел, что периодичность в более глубоком смысле наблюдается всё-таки не только в связи с возрастанием атомного веса элементов, а ещё и по другой причине. Великий учёный догадался, что масса элемента зависит от количества в его строении каких-то более элементарных частиц.
Таким образом, периодического закона некоторым образом натолкнуло представителей науки на мысль о составляющих атома. А учёные вскоре наступившего 20-го столетия - века грандиозных открытий - многократно убедились, что свойства элементов зависят от величины зарядов атомных ядер и строения его электронной оболочки.
Периодический закон и современность
Таблица Менделеева, оставаясь неизменной в своей основе, впоследствии многократно дополнялась и переделывалась. В ней образовалась так называемая нулевая группа элементов, включающая в себя инертные газы. Успешно решена была также проблема размещения редкоземельных элементов. Но несмотря на дополнения, значение открытия периодического закона Менделеева в первоначальном варианте переоценить достаточно трудно.
Позднее, с и явления радиоактивности, были до конца поняты причины успеха подобной систематизации, а также периодичности свойств элементов различных веществ. Вскоре в указанной таблице нашли своё место также изотопы радиоактивных элементов. Основой классификации многочисленных членов ячеек стал атомный номер. А в середине XX века окончательно была обоснована последовательность расположения элементов в таблице, зависящая от заполнения орбиталей атомов передвигающимися с огромной скоростью вокруг ядра электронами.
