Путешествие в Страну элементов: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Однако может возникнуть вопрос: неужели до Менделеева никто не заметил, что существует связь между атомным весом и химическими свойствами? В том-то и дело, что замечали. И даже многие. Доберейнер — в Германии, де Шанкуртуа — во Франции, Ньюлендс — в Англии… Известно более трехсот попыток создания классификации химических элементов, основанной на этом принципе. Ближе всех к цели был немецкий ученый Лотар Мейер. Почти одновременно с Менделеевым он построил таблицу, в общем сходную с периодической системой. Правда, опубликовать ее он решился несколько позже. Но Мейер в своих работах повторил ошибку ученых, работы которых предшествовали открытию периодического закона. В найденной закономерности Мейер не разглядел глубокого закона природы, он считал свою таблицу лишь удобным учебным пособием и не отважился делать из нее далеко идущие выводы. Понадобился гений Менделеева, чтобы увидеть за недостаточно ясной еще закономерностью великий закон природы. И не только увидеть, но и сразу же поставить его на службу науке.

Найдите в таблице элемент бериллий, Be. Именно с этим металлом связано первое практическое применение периодического закона, первая трудность и первый триумф.

До 1869 года бериллий считался трехвалентным, и для этого были все основания. Ведь он по своим химическим свойствам во многом похож на алюминий. Как и алюминий, он не реагирует с концентрированной азотной кислотой, но легко растворяется в щелочах с выделением водорода. Гидроокись бериллия, так же как и Al(OH)₃, амфотерна (проявляет и щелочные и кислые свойства), а потому для нее характерны соли типа алюминатов — бериллаты и т. д.

Но если бериллий трехвалентен, то атомный вес его должен быть 13,5, так как эквивалент Be равен 4,5 (атомный вес равен эквиваленту, умноженному на валентность). Вот тут-то и начались трудности. Имея такой атомный вес, Be «не хотел» размещаться в периодической системе.

Помещенный между углеродом и азотом (как того требовал его атомный вес), бериллий сразу же нарушал закономерное изменение свойств элементов, опровергая тем самым периодический закон.

Но Менделеев думал иначе. Он был уверен, что найденная закономерность не может быть случайностью. Открыт закон природы, и, следовательно, факты должны обязательно подтвердить его. Что же касается бериллия, то тут Менделеев был уверен: атомный вес этого элемента определен неверно.

В одной полузабытой работе русского химика Авдеева Менделеев находит упоминание о том, что окись глициния (так раньше называли бериллий) похожа по своим свойствам на окись магния.

Основываясь на этом, Менделеев придает окиси бериллия формулу BeO и помещает его во вторую группу, вместе с двухвалентными щелочноземельными металлами, соответственно исправив его атомный вес. Он получает его равным 9 (4,5×2=9).

Многие ученые высказались против такого, как им казалось, «произвольного» изменения многократно проверенной величины, но прошло несколько лет, и главный противник Менделеева Нильсон получил неопровержимое доказательство того, что атомный вес бериллия действительно 9.

Так было положено начало уточнению свойств элементов на основе периодического закона.

Вслед за атомным весом бериллия Менделеев исправляет атомные веса урана, тория, индия, иттрия, лантана, церия, эрбия и дидима (впоследствии оказавшегося смесью празеодима и неодима).

Непрерывно совершенствуя свою систему, Менделеев уже в 1871 году дал форму таблицы, близкую к нашей современной. И в том же 1871 году появилась статья Менделеева, в которой он подробнейшим образом описывал свойства трех еще не открытых элементов. Он назвал их экасилицием (то есть «подобный кремнию»), экабором и экаалюминием.

«Решаюсь сделать это ради того, — писал ученый, — чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».

Когда Л. Мейер прочел эту статью, он воскликнул: «Das ist schon zu viel! (Это уж слишком!) Периодическая законность недостаточно ясна и доказана, чтобы я решился на нечто подобное».

Но время показало, что прав был русский химик. Прошло четыре года. И вот в 1875 году пришло известие из Франции. Молодой ученый-спектроскопист Лекок де Буабодран открыл новый элемент, в котором весь мир сразу же узнал предсказанный Менделеевым экаалюминий. «Новорожденному» дали имя галлий. Все свойства галлия в точности совпадали со свойствами экаалюминия. Впрочем, нет, не все. Удельный вес галлия был равен 4,7, в то время как предсказывалось 5,9. Но Менделеев настаивает на своем и просит повторить опыты. Весь научный мир с огромным вниманием следит за этим невероятным спором. Де Буабодран повторяет опыты и объявляет, что прав русский ученый, никогда не видевший галлия в глаза!

А пророчества продолжали сбываться. В 1879 году шведским ученым Л. Нильсоном был открыт скандий (экабор). И в 1886 году немецкий химик Клеменс Винклер получает экасилиций — германий.

Вот как описывает сотрудник Менделеева, известный русский химик В. Е. Тищенко, момент, когда известие об этом открытии дошло до Петербурга:

«Как-то утром Д. И. приходит к нам в Бутлеровскую лабораторию с новой книгой „Berichte“^[1] в руках, взволнованный, радостный, и говорит, что „Кл. Винклер открыл новый элемент, германий, и помещает его в пятую группу, потому что он образует сульфосоль. Только нет, он ошибается, германию место не в пятой, а в четвертой группе, это экасилиций. Я сейчас буду писать Винклеру“». И Винклер признал свою ошибку.

О Менделееве заговорил весь мир. Никто не смел теперь сомневаться в справедливости периодического закона. И Менделеев дает ему окончательную формулировку: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Но природа никогда не открывает человеку своих законов в чистом виде. Нужна большая ясность ума, огромная вера, чтобы не дать сбить себя кажущимися противоречиями. Нужно суметь отличить существенное от второстепенного и не растеряться в потоке новых открытий, каждое из которых, кажется, начисто опровергает все сделанное раньше.

Именно эти качества скоро потребовались от Дмитрия Ивановича Менделеева, когда на периодический закон обрушились великие испытания.

Началось с того, что в 1894 году английскими учеными Рэлеем и Рамзаем был открыт новый элемент с настолько необычными свойствами, что химики вначале даже отказывались признавать его. Это был газ, совершенно неспособный к каким-либо химическим реакциям. Новый элемент назвали аргоном («недеятельным», «ленивым»).

Противники периодического закона (а их все еще было довольно много, и среди них такой крупный химик, как Оствальд) воспрянули духом. И не без оснований. Периодический закон, казалось, не давал возможности предвидеть существование элементов со столь необычными свойствами. Аргону не находилось места в периодической системе. Сам Менделеев склонен был считать аргон модификацией азота, N₃ (подобно кислороду и озону). Но положение осложнилось еще более, когда через год открыли второй инертный газ — гелий.

Теперь уже стало трудно сомневаться в том, что столь необычные элементы действительно существуют в природе. Нужно было признать их и тем самым отвергнуть периодический закон, поскольку он пришел в противоречие с фактами.

А так ли это? Действительно ли периодический закон не давал оснований предполагать существование инертных газов?

Задолго до открытия Рэлея и Рамзая два человека были твердо уверены, что в периодической системе должна быть еще одна, особая, нулевая группа элементов. Эти двое были узники Алексеевского равелина Шлиссельбургской крепости, революционеры-народовольцы Морозов и Лукашевич. Еще в 1883 году, рассматривая периодичность в строении и свойствах органических соединений, они по аналогии с системой Менделеева построили периодическую систему углеводородных радикалов и пришли к выводу, что подобно тому, как каждый ряд углеводородных радикалов заканчивается нейтральной молекулой типа метана, этана, пропана и т. д., так и каждый период системы Менделеева должен заканчиваться недеятельным элементом. Догадка поистине гениальная, но мир узнал о ней лишь много лет спустя, после того как проблема инертных газов была решена. И решил ее Рамзай при помощи и на основе периодического закона.

Рамзай, открытие которого поколебало веру в периодический закон, сам нисколько не сомневался в его правильности. Более того, «по примеру… учителя Менделеева» Рамзай заявил: «Между гелием и аргоном существует элемент с атомным весом 20, недеятельный, как эти два газа: новый элемент должен иметь характерный спектр и менее легко сгущаться, чем аргон. Можно было бы также предсказать существование двух аналогичных газообразных элементов, имеющих атомные веса 82 и 129».

[1] Журнал немецкого химического общества.