Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева

Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделœеева

История открытия периодического закона. Основные этапы развития учения о периодичности

Лекция № 7

1. Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделœеева.

2. Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделœеева.

3. Открытие Д.И.Менделœеевым периодического закона и периодической системы.

4. Триумф периодического закона.

По мере возрастания числа открытых химических элементов возникла крайне важно сть их классификации и систематизации. Первую попытку сделал еще в конце XVIII века А.Лавуазье, выделив 4 класса: газы и флюиды (свет и тепло), металлы, неметаллы, ʼʼземлиʼʼ (оказавшиеся оксидами). Эта классификация положила начало многим другим попыткам.

В 1817 году немецкий ученый И.Доберейнер располагает всœе известные элементы отдельными триадами:1) Li, Na, K; 2)Ca, Sr, Ba; 3) P, As, Sb; 4) S, Se, Te; 5) Cl, Br, J; и обнаруживает интересную закономерность: масса атома среднего элемента равна среднеарифметическому из масс крайних элементов, к примеру:ArNa = (Ar Li + Ar K)/2 = (6, 94 + 39,1)/2 = 23.

Эта закономерность занимала умы многих химиков, и в 1857 году Ленсеен 60 известных к тому времени элементов располагает в 20 триад. Многие ученые понимали, что элементы связаны каким-то, пока неясным внутренним родством, однако причины открытых закономерностей не выявлялись.

Помимо таблиц с горизонтальным и вертикальным расположением элементов, были предложены и другие. Так, к примеру, французкий химик Шанкуртуа располагает 50 элементов по винтовой линии на поверхности цилиндра, помещая их на линии, в соответствии с атомным весом. Т.к. система заканчивалась теллуром, то эту систему назвали “теллуровый винт”. Многие сходные элементы на цилиндре оказались друг под другом по вертикалям. Это построение графически правильно выражало идею диалектического развития материи.

Интересно, что из его “винта” впервые выявилась аналогия, между водородом и галогенами, лишь недавно ставшая общепризнанной

Замеченная ученым периодическая повторяемость не нашла развития в нижней части цилиндра, где никакой аналогии по вертикали не наблюдалось.

В 1864-1865 годах появились две новые таблицы: английского ученого Дж.Ньюлендса и немецкого ученого Л.Мейера.

Ньюлендс исходил из идеалистических представлений о всœеобщей гармонии в природе, которая должна существовать и среди химических элементов.

Известные в то время 62 элемента он расположил в порядке возрастания их эквивалентов и подметил, что в данном ряду часто каждый 8-й как бы повторяет свойства каждого, условно считаемого за первый элемент.

H, Li, Be, B и т.д.; Na – девятый элемент повторяет свойства второго – Li, Ca – 17-ый повторяет свойства 10-го – Mg и т.д.

У него получилось 8 вертикальных столбцов – октав. Сходные элементы расположились на горизонталях. Выявленные закономерности он назвал ʼʼзаконом октавʼʼ. При этом, нарушений гармонии в таблице Ньюлендса было много: нет никакого сходства между Cl и Pt, S, Fe и Au.

И всœе же, заслуга Ньюленда несомненна: он первый подметил повторяемость свойств на 8-м элементе, привлек внимание к этому числу.

Таблица Лотара Мейера основана на сходстве элементов по их валентности по водороду.

К этому времени в химии было введено понятие валентность. С введением этого понятия химическое сходство приобрело количественное выражение. Так, к примеру, B и Si сходны по свойствам, но различны по валентности (B – 3, Si - 4). В таблице 6 вертикальных столбцов с 44 элементами. Мейер подмечает, что разность между относительными атомными массами сосœедних по каждому столбцу элементов отличается на закономерно возрастающие числа: 16, 16, 45, 45, 90. Он так же отмечает, что разность между Ar (Si) и Ar (Sn) ненормально велика (90 вместо 45). При этом, никаких выводов не сделал, а ведь таким выводом мог быть вывод о существовании в природе не известных тогда еще элементов.

Мейер, более чем кто - либо другой, был близок к открытию закона (он открыл периодическую зависимость атомных объёмов элементов), но не решился на смелые выводы.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, число попыток классификации элементов до Д.И.Менделœеева было около 50. Классифицировали химические элементы ученые из разных стран, и некоторые из них стояли на пороге открытия периодического закона Οʜᴎ искали сходство между явно сходными элементами, и не допускали наличия сходства между Na и Cl, к примеру, ᴛ.ᴇ. не допускали мысли, что всœе элементы – ступени развития единой материи, в связи с этим они не могли открыть всœеобщий закон природы и обнаружить единую систему элементов.

К концу 60-х годов XIX века выявились следующие предпосылки открытия периодического закона:

o установлены, близкие к современным, атомные массы элементов. (Дальтон, Берцелиус, Реньо, Канниццаро). В 1858 году, Канниццаро, используя метод определœения плотности газов для определœения их молекулярных масс, дал новую систему относительных атомных масс некоторых элементов. Таблица была далеко не полной, но атомные массы, за малым исключением, были точными;

o установлены “естественные группы” сходных элементов (Доберейнер, Петтенкофер, Дюма, Ленсеен, Штреккер, Одлинг, Ньюлендс, Мейер);

o развито учение о валентности химических элементов (Франкланд, Кекуле, Купер);

o открыто сходство кристаллических форм различных химических элементов (Гаюи, Митчерлих, Берцелиус, Розе, Раммельсберг).

Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева" 2017, 2018.

Здесь читатель найдет информацию об одном из важнейших законов, когда-либо открытых человеком в научной области - периодическом законе Менделеева Дмитрия Ивановича. Вы ознакомитесь с его значением и влиянием на химию, будут рассмотрены общие положения, характеристика и детали периодического закона, история открытия и основные положения.

Что такое периодический закон

Периодический закон - это природный закон фундаментального характера, который был открыт впервые Д. И. Менделеевым еще в 1869 году, а само открытие произошло благодаря сравнению свойств некоторых химических элементов и величин массы атома, известных в те времена.

Менделеев утверждал, что, согласно его закону, простые и сложные тела и разнообразные соединения элементов зависят от их зависимости периодического типа и от веса их атома.

Периодический закон является уникальным в своем роде и это связано с тем фактом, что он не выражается математическими уравнениями в отличие от других фундаментальных законов природы и вселенной. Графически свое выражение он находит в периодической системе химических элементов.

История открытия

Открытие периодического закона произошло в 1869 году, но попытки систематизировать все известные х-кие элементы начались задолго до этого.

Первую попытку создать такую систему предпринял И. В. Деберейнер в 1829. Он классифицировал все известные ему химические элементы в триады, связанные между собой близостью половины суммы атомных масс, входящих в эту группу трех компонентов. Следом за Деберейнером предприняли попытку создать уникальную таблицу классификации элементов А. де Шанкуртуа, он назвал свою систему «земной спиралью», а после него была составлена Джоном Ньюлендсом октава Ньюлендса. В 1864 практически одновременно Уильям Олдинг и Лотар Мейер опубликовали созданные независимо друг от друга таблицы.

Периодический закон был представлен научному сообществу на обозрение восьмого марта 1869, и произошло это во время заседания Русского х-кого общества. Менделеев Дмитрий Иванович заявил при всех о своем открытии и в том же году был выпущен менделеевский учебник «Основы химии», где впервые была показана периодическая таблица, созданная им. Годом позже, в 1870, он написал статью и отдал ее на обозрение в РХО, где впервые было употреблено понятие периодического закона. В 1871 Менделеев дал исчерпывающую характеристику своего з-на в знаменитой статье периодической законности химических элементов.

Неоценимый вклад в развитие химии

Значение периодического закона невероятно велико для научного сообщества всего мира. Это связано с тем, что открытие его дало мощный толчок развитию, как химии, так и других наук о природе, например, физике и биологии. Открытой была взаимосвязь элементов с их качественными химическими и физическими характеристиками, также это позволило понять суть построения всех элементов по одному принципу и дало начало современной формулировке понятий о химических элементах, конкретизировать знания представление о веществах сложного и простого строения.

Использование периодического закона позволило решать проблему химического прогнозирования, определить причину поведения известных химических элементов. Атомная физика, а в том числе и ядерная энергетика, стали возможными вследствие этого же закона. В свою очередь, данные науки позволили расширить горизонты сущности этого закона и углубиться в его понимание.

Химические свойства элементов периодической системы

По сути, химические элементы взаимосвязаны между собой характеристиками, свойственными им в состоянии свободного как атома, так и иона, сольватированного или гидратированного, в простом веществе и форме, которую могут образовать их многочисленные соединения. Однако х-кие свойства обычно заключаются в двух явлениях: свойства, характерные для атома в свободном состоянии, и простого вещества. К такому роду свойств относится множество их видов, но самые важные это:

1. Атомная ионизация и ее энергия, зависящая от положения элемента в таблице, его порядкового числа.
2. Энергетическое родство атома и электрона, которая так же, как и атомная ионизация, зависит от места нахождения элемента в периодической таблице.
3. Электроотрицательность атома, не носящая постоянное значение, а способная изменяться в зависимости от различного рода факторов.
4. Радиусы атомов и ионов - тут, как правило, используются эмпирические данные, что связано с волновой природой электронов в состоянии движения.
5. Атомизация простых веществ - описание возможностей элемента к реакционной способности.
6. Степени окисления - формальная характеристика, однако фигурирующая как одна из важнейших характеристик элемента.
7. Потенциал окисления для простых веществ - это измерение и показание потенциала вещества к действию его в водных растворах, а также уровень проявления свойств окислительно-восстановительного характера.

Периодичность элементов внутреннего и вторичного типа

Периодический закон дает понимание еще одной немаловажной составной частицы природы - внутренней и вторичной периодичности. Вышеупомянутые области изучения атомных свойств, на самом деле, гораздо сложнее, чем можно подумать. Связано это с тем фактом, что элементы s, p, d таблицы меняют свои качественные характеристики в зависимости от положения в периоде (периодичность внутреннего характера) и группе (периодичность вторичного характера). Например, внутренний процесс перехода элемента s от первой группы до восьмой к p-элементу сопровождается точками минимума и максимума на кривой линии энергии ионизированного атома. Данное явление показывает внутреннюю непостоянность периодичности изменения свойств атома по положению в периоде.

Итоги

Теперь читатель имеет четкое понимание и определение того, что являет собой периодический закон Менделеева, осознает его значение для человека и развития различных наук и имеет представление о его современных положениях и истории открытия.

Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева — один из фундаментальных законов природы, который увязывает зависимость свойств химических элементов и простых веществ с их атомными массами. В настоящее время закон уточнен, и зависимость свойств объясняется зарядом ядра атома.

Закон был открыт русским ученым в 1869-м году. Менделеев представил его научному сообществу в докладе съезду Русского химического общества (доклад был сделан другим ученым, так как Менделеев был вынужден срочно выехать по заданию Вольного экономического общества Петербурга). В этом же году вышел учебник «Основы химии», написанный Дмитрием Ивановичем для студентов. В нем ученый описал свойства популярных соединений, а также постарался дать логическую систематизацию химических элементов. Также в нем впервые была представлена таблица с периодически расположенными элементами, как графическая интерпретация периодического закона. Всее последующие годы Менделеев совершенствовал свою таблицу, например, добавил столбец инертных газов, которые были открыты спустя 25 лет.

Научное сообщество далеко не сразу приняло идеи великого русского химика, даже в России. Но после того, как были открыты три новых элемента (галлий в 1875-м, скандий в 1879-м и германий в 1886-м годах), предсказанные и описанные Менделеевым в своем знаменитом докладе, периодический закон был признан.

• Является всеобщим законом природы.
• В таблицу, графически представляющую закон, включаются не только все известные элементы, но и те, которые открывают до сих пор.
• Все новые открытия не повлияли на актуальность закона и таблицы. Таблица совершенствуется и изменяется, но ее суть осталась неизменной.
• Позволил уточнить атомные веса и другие характеристики некоторых элементов, предсказать существование новых элементов.
• Химики получили надежную подсказку, как и где искать новые элементы. Кроме этого, закон позволяет с высокой долей вероятности заранее определять свойства еще неоткрытых элементов.
• Сыграл огромную роль в развитии неорганической химии в 19-м веке.

История открытия

Есть красивая легенда о том, что свою таблицу Менделеев увидел во сне, а утром проснулся и записал ее. На самом деле, это просто миф. Сам ученый много раз говорил, что созданию и совершенствованию периодической таблицы элементов он посвятил 20 лет своей жизни.

Все началось с того, что Дмитрий Иванович решил написать для студентов учебник по неорганической химии, в котором собирался систематизировать все известные на этот момент знания. И естественно, он опирался на достижения и открытия своих предшественников. Впервые внимание на взаимосвязь атомных весов и свойств элементов обратил немецкий химик Дёберейнер, который попытался разбить известные ему элементы на триады с похожими свойствами и весами, подчиняющимися определенному правилу. В каждой тройке средний элемент имел вес, близкий к среднему арифметическому двух крайних элементов. Ученый смог таким образом образовать пять групп, например, Li-Na-K; Cl-Br-I. Но это были далеко не все известные элементы. К тому же, тройка элементов явно не исчерпывала список элементов с похожими свойствами. Попытки найти общую закономерность позже предпринимали немцы Гмелин и фон Петтенкофер, французы Ж. Дюма и де Шанкуртуа, англичане Ньюлендс и Одлинг. Дальше всех продвинулся немецкий ученый Мейер, который в 1864-м году составил таблицу, очень похожую на таблицу Менделеева, но она содержала лишь 28 элементов, в то время как было известно уже 63.

В отличие от своих предшественников Менделееву удалось составить таблицу, в которую вошли все известные элементы, расположенные по определенной системе. При этом, некоторые клетки он оставил незаполненными, примерно вычислив атомные веса некоторых элементов и описав их свойства. Кроме этого, русскому ученому хватило смелости и дальновидности заявить, что открытый им закон является всеобщим законом природы и назвал его «периодическим законом». Сказав «а», он пошел дальше и исправил атомные веса элементов, которые не вписывались в таблицу. При более тщательной проверке, оказалось, что его исправления верны, а открытие описанных им гипотетических элементов стало окончательным подтверждением истинности нового закона: практика доказала справедливость теории.

Среди детей Менделеева Иван (род. 1883 г.) был, пожалуй, самой яркой личностью. Биографы учёного говорили о «редком дружеском взаимоотношении» между ними; отмечали, что «…Д.И. в лице сына имел друга, советника, с которым делился идеями и мыслями». Ещё будучи студентом физико-математического факультета Санкт-Петербургского Университета, Иван нередко помогал отцу в расчётах по экономической тематике и работам в Главной Палате мер и весов.

Многие близкие родственники и друзья Дмитрия Ивановича оставили воспоминания о нём (см. например, Д.И. Менделеев в воспоминаниях современников. Изд. 2-ое. М.: Атомиздат. 1973. Составители А.А. Макареня, И.Н. Филимонова, Н.Г. Карпило). Из этих свидетельств, подчас трогательных и проникновенных, можно представить себе отдельные черты облика великого учёного и человека. Однако нет ещё труда, который достаточно полно освещал бы жизнь и творческую деятельность Дмитрия Ивановича. Он сам однажды сказал о себе: «Я—человек своеобычный». Быть может, тому «менделеевисту», кому удастся расшифровать глубинное значение этой короткой фразы, и удастся найти «точки опоры», позволяющие создать «голографический» облик одного из самых великих россиян.

Воспоминания Ивана, написанные им, видимо, уже на склоне лет (Иван скончался в 1936 г.) были полностью опубликованы только… в 1993 г. (см. Научное наследство. Том 21. В.Е. Тищенко, М.Н. Младенцев. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период. 1861-1890 гг. М.: Наука. 1993. Приложение 2. Менделеев Ив. Воспоминания об отце Дмитрии Ивановиче Менделееве). Да и книга эта, опубликованная тиражом 1000 экз., ныне стала уже библиографической редкостью. Между тем воспоминания являются ценнейшим историческим документом. Именно Иван являлся тем членом большой менделеевской семьи, который духовно и идейно был наиболее близок к её главе. Впечатления о взаимоотношениях с отцом и оценку его жизни и деятельности Иван излагал спустя много лет после кончины учёного. Конечно, кое-что могло и стереться в памяти; могли быть упущены немаловажные подробности, перепутаны некоторые даты… Впрочем, едва ли всё это сколь либо существенно. Искренность написанного, отсутствие всякого рода «любований» и «преувеличений» заставляют относиться к воспоминаниям Ивана с высокой степенью доверия.

Воспоминания начинаются с раздела «I. Открытие периодического закона»

Сам Дмитрий Иванович ни разу сколь-либо подробно не затрагивал историю того, как именно он пришёл к идее периодичности. Попытки реконструировать ход его мыслей оказывались отнюдь не безупречными. И тем больший интерес представляет рассказанное Иваном.

«I. Открытие периодического закона .

…Отец крайне не любил говорить с посторонними о личной, субъективной стороне своих переживаний, о том подготовительном периоде, когда формулировались мысли и слагалась постепенно уверенность, что он проник в одну из глубочайших тайн природы.

«Молчи, скрывайся и таи
И чувства и мечты свои»,

—отвечал он часто словами Тютчева на назойливые вопросы. Но в интимных беседах время от времени прорывалось невольно многое…

«Я был с самого начала глубоко убеждён,—говорил мне отец,—в том, что самое основное свойство атомов—атомный вес или масса атома должна определять остальные свойства каждого элемента. В этом убеждении и были предприняты ещё со студенческой скамьи две мои первые более серьёзные работы— «Изоморфизм» и «Удельные объёмы». Этот путь неизбежно должен был привести меня к периодической системе—достаточно было идти им до конца. Ведь изоморфизм, т.е. способность различных веществ давать одинаковые кристаллические формы,—есть одно из типичных свойств элементов одной и той же химической жизни. В «Основах химии» в главе о периодическом законе я указываю, что именно изоморфизм послужил исторически первым, важным доказательным средством для суждения о сходстве соединений двух различных элементов. Точно также и удельные объёмы, т.е. величины, обратные плотностям, дают, как я впоследствии наблюдал, один из наиболее ярких примеров периодичности, повторяемости свойств простых тел при возрастании их атомного веса. Мне оставалось только последовательно углублять этот путь.

Я работал над капиллярностью, над удельными объёмами, над изучением кристаллических форм соединений—постоянно в этом убеждении, стремясь найти основной закон атомной механики. Я сделал попутно ряд обобщений—о температуре абсолютного кипения жидкостей или сжиженных газов, о законе предельности соединений и т.д. Но всё это казалось мне второстепенным и до конца не удовлетворяло. Я уже тогда, на студенческой скамье, в первые годы самостоятельного труда—чувствовал, что должно существовать обширное обобщение, связывающее атомный вес со свойствами элементов. Это—вполне естественная мысль, но на неё не обращали тогда достаточного внимания. Я искал это обобщение с помощью усидчивого труда— во всех возможных направлениях. Только весь этот труд дал мне необходимые точки опоры и вселил уверенность, позволившую мне преодолеть препятствия, казавшиеся тогда непреодолимыми».

«Когда я учился,—говорил отец,—группировки сходных элементов под влиянием, главным образом, французского химика Дюма, которого я потом узнал лично,—были уже довольно ясно намечены. Её нам излагал отчётливо «дедушка русской химии» Александр Абр. Воскресенский. У меня уже тогда возникала мысль о различных возможных группировках элементов, но атомные веса, допускаемые согласно господствующим тогда воззрениям общепризнанными авторитетами, не позволяли высвободить естественную классификацию из тогдашней стройности понятий. Первый свет внесли для меня начала Жерара, давшие правильный подход к установлению атомных весов,—и я стал деятельным борцом за эти начала. Это вело меня,—говорил отец,—уже непосредственно к конечной цели».

Я перехожу к вопросу о приоритете отца в открытии периодического закона. История науки бесспорно утвердила теперь право первенства здесь всецело за одним Менделеевым. Но было немало охотников пристроиться к этому открытию. Национальный шовинизм вносил первоначально немалую путаницу. Отец не придавал этим спорам никакого значения, говоря, что субъективные высказывания здесь ничто, что надо найти прочные объективные доказательства, ввести закон в рабочую практику науки и убедить подавляющими данными в нём людей. Он с внутренним удовлетворением сознавал, что всё это он именно и сделал по отношению к периодическому закону, что он, а никто другой изменил с его помощью лицо химии и направил её на новый путь.

«О попытках Ньюландса и Шанкуртуа,—говорил отец,—в период установления мною периодического закона я не знал, да и вообще они лежали вне течения серьёзной науки. В фантазиях часто много верного, но кто же на них опирается? Что же касается до притязаний Лотара Мейера, то в его группировке до появления моих работ не содержалось ничего нового по сравнению со взглядами Дюма, которые мы знали уже на студенческой скамье: идея периодичности свойств элементов в функции атомного веса отсутствовала. Когда же Лотар Мейер усваивает, наконец, эту мысль, он в первом же своём сообщении ссылается именно на мою работу и в сущности только её реферирует—с осторожной оговоркой, что «было бы ошибочно по столь шатким основаниям изменять общепризнанные атомные веса», т.е. отрицает именно то, необходимость чего я доказал, что стоило мне наибольших усилий и утвердило закон окончательно, отрицает, в сущности весь непризнанный им закон как природы. Периодичность удельных объёмов элементов найдена была мною и доложена русскому химическому съезду тоже до Л. Мейера. Я поэтому не могу внутренне признать притязаний Лотара Мейера на соавторство со мною. Может быть, субъективно, он и делал до опубликования своих работ какие-либо построения и попытки, но ведь и я субъективно задолго до опубликования моих работ здесь много думал, и строил, и знал. Такими доводами приоритет не устанавливается»...

«Решающим моментом в развитии моей мысли о периодическом законе,—говорил мне неоднократно отец,—я считаю 1860-й год—Съезд химиков в Карлсруэ, в котором я участвовал, и на этом съезде—идеи высказанные итальянским химиком С. Канниццаро. Его я и считаю настоящим своим предшественником, так как установленные им атомные веса дали мне необходимую точку опоры. У меня тогда же явилась мысль сопоставить эти новые данные с классификацией Дюма и разобраться в этом очень сложном—при тогдашнем состоянии знаний—вопросе. С тех пор субъективно уже созрела уверенность, что я на верном пути. Между тем мне вскоре вернуться в Россию, и здесь первое время я так был занят лекциями и уроками, потом писанием «Органической химии» и своей докторской диссертацией «О соединении спирта с водой», что надолго был отвлечён в сторону. Только получив кафедру и приступив к составлению «Основ химии», мне удалось вернуться, наконец, вновь к самому сердцу вопроса. В короткое время я пересмотрел массу источников, сопоставил огромный материал. Мне надо было, однако, совершить большое усилие, чтобы в имевшихся сведениях отделить главное от второстепенного, решиться изменить ряд общепризнанных атомных весов, отступить от того, что было признано тогда лучшими авторитетами. Сопоставив всё, я с неотразимой ясностью увидел периодический закон и получил полное внутреннее убеждение, что он отвечает глубочайшей природе вещей. В его освещении предо мной раскрылись целые новые области науки. Я в него внутренне поверил—той верой, которую я считаю необходимой для каждого плодотворного дела. Когда я стал окончательно оформлять мою классификацию элементов, я написал на отдельных карточках каждый элемент и его соединения и затем, расположив их в порядке групп и рядов, получил первую наглядную таблицу периодического закона. Но это был лишь заключительный аккорд, итог всего предыдущего труда. Это было в конце 1868 и после 1869 года».

Я беседовал с отцом на эти темы много раз и передал из этих бесед здесь немногое. Общее моё убеждение, вынесенное мною их этих бесед то, что открытие периодического закона для его творца было не счастливым случаем, не неожиданной удачей. Нет, отыскание основного закона мира атомов было сознательным философским устремлением, заданием, поставленным с самого начала. Творец периодического закона шёл на осаду этой тайны природы систематически, с первых своих работ, постепенно и последовательно суживая круг, пока в результате неутомимого жизненного труда с помощью высшего подъёма творческой мысли не взял, наконец, крепости штурмом.

Воспоминания содержат также разделы: 2. Единство вещества; 3. Приёмы труда; 4. Среди современников; 5. Среди современников (продолжение); 6. Миросозерцание; 7. Путешествия; 8. Менделеев —педагог; 9. Менделеев—педагог (продолжение); 10. Разнообразие деятельности; 11. В мире искусства; 12. Семейная жизнь; 13. Нравственный облик.

«То, что он сделал, он сделал вопреки окружающему, благодаря исключительной силе своей личности, признанной со стороны иностранцев и поддержке на родине очень немногих понявших его лиц» —такими словами заканчивает Иван свои воспоминания.

Открытие периодического закона

«Основы химии» издавались отдельными выпусками. Первый из них вышел в июне 1868 года. Он был посвящен общим вопросам химии, а также рассматривал свойства водорода, кислорода и азота. При составлении плана дальнейшей работы у Менделеева возник важный вопрос: в какой последовательности располагать материал? Решение этой проблемы ученый считал не менее важным, чем само изложение сведений. Он писал: «Одно собрание фактов, даже и очень обширное, одно накопление их, даже и бескорыстное, даже и знание общепринятых начал не дадут еще метода обладания наукою, и они не дадут еще ручательства за дальнейшие успехи и ни даже права на имя науки в высшем смысле этого слова. Здание науки требует не только материала, но и плана. При том пока нет плана - нет и возможности узнать многое из того, что уже было кому-либо известно, что уже сложено. Многие факты химии, не нанесенные на ее планы, часто открывались не раз, а два, три и более раз <.>.

В лабиринте известных фактов легко потеряться без плана, и самый план уже известного иногда стоит такого труда изучения, доли которого не стоит изучение многих отдельных фактов».

Сначала Менделеев планировал классифицировать элементы по валентностям, но затем решил располагать их по атомному весу и сходству свойств. В конце 1868 года он закончил работу по составлению дальнейшего плана «Основ химии» и в начале 1869 года приступил ко второй части книги. Но систематизация химических знаний продолжала интересовать ученого с дидактической точки зрения, а классификация элементов - с научной. И размышления над этой проблемой дали в конце концов свой результат. Утром 17 февраля Менделеев получил письмо от своего коллеги профессора Ходнева. На обороте письма Дмитрий Иванович сделал запись, в которой сопоставил по величине атомного веса щелочные и щелочноземельные металлы.

Насколько верно утверждение о том, что решение проблемы Менделеев нашел во сне - неизвестно. Но, по всей видимости, некий момент озарения, во сне или наяву, присутствовал. Иначе трудно объяснить, почему ученый стал развивать такую важную идею на первом листе, попавшемся под руку. Однако, озарение озарением, но дальнейшее исследование Менделеев провел с привычной для него методичностью. Используя карточки, на которых были кратко изложены свойства элементов и указан их атомный век, Менделеев создал вариант таблицы, в которой нашли свое место практически все известные на тот момент элементы. Переписав систему начисто, Менделеев отправил ее в типографию под заглавием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Экземпляры «Опыта системы» он разослал своим отечественным и зарубежным коллегам. Вот как выглядела эта система, или, если хотите, первая таблица Менделеева:

На первый взгляд, эта таблица мало напоминает современный вариант. Но изучив ее внимательнее, можно увидеть, что в ней видны многие закономерности, на которых основана современная система элементов. Так можно заметить, что в «Опыте системы» уже практически выделены семь главных подгрупп современной таблицы.

Несколько последующих дней Менделеев работал над статьей «Соотношение свойств с атомным весом элементов». В ней ученый обосновывал выбранный им подход: «:…при всей перемене в свойствах простых тел, в свободном их состоянии, нечто остается постоянным, и при переходе элемента в соединения это нечто - материальное и составляет характеристику соединений, заключающих данный элемент. В этом отношении поныне известно только одно числовое данное, это именно атомный вес, свойственный элементу».

Действительно, в то время, когда ученые не имели представления о строении атомов, единственной их характеристикой был атомарный вес. Менделеев не был автором идеи создания системы элементов, основанной на этой величине. До него подобные попытки делали и другие исследователи. Менделеев не старался умалить достижения своих предшественников. Но при этом он в очень корректной форме указывал на прогрессивность своей системы: «Периодическая зависимость свойств несходных элементов и их соединений от атомного веса элементов могла быть установлена после того, как эта зависимость была доказана для сходных элементов. В сопоставлении несходных элементов заключается также, как мне кажется, важнейший признак, которым моя система отличается от систем моих предшественников. Как и эти последние, я принял, за небольшим исключением, те же группы аналогичных элементов, но при этом я поставил себе целью исследовать закономерность во взаимном отношении групп. При этом я пришел к вышеупомянутому общему принципу, который применим ко всем элементам».

Менделеев настаивает на том, что его классификация элементов естественна: «Способ распределения элементов по атомному их весу не противоречит естественному сходству, существующему между элементами, а, напротив того, прямо на него указывает».

В действительности свойства элементов зависят не от веса его атомов, а от их строения, которое, конечно же, в свою очередь связано с этим показателем. Но не имея других характеристик атомов, Менделеев мог отталкиваться только от этой, и такой подход был

действительно самым естественным из возможных.

В конце статьи ученый излагает некоторые положения, вытекающие из открытого им периодического закона:

«1. Элементы, расположенные по величине их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.

2. Сходственные по химическим отправлениям элементы представляют или близкие атомные веса (подобно Pt, Ir, Os), или последовательно и однообразно увеличивающиеся (подобно К, Rb, Cs).

3. Сопоставление элементов или их групп по величине атомного веса соответствует так называемой атомности их и, до некоторой степени, различию химического характера, что видно ясно в ряде Li, Be, С, N, О, F и повторяется в других рядах.

4. Распространеннейшие в природе простые тела имеют малый атомный вес, а все элементы с малым атомным весом характеризуются резкостью свойств. Они по этому суть типические элементы. Водород, как легчайший элемент, по справедливости избирается как самый типический.

5. Величина атомного веса определяет характер элемента, как величина частицы определяет свойства сложного тела.

6. Должно ожидать открытия еще многих неизвестных простых тел, например сходных с AL и Si, с паем 65–75.

7. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналогии. Так, пай Те должен быть не 128, а 123–126.

8. Некоторые аналогии элементов открываются по величине веса и атома».

В конце февраля Менделеев передал рукопись статьи своему коллеге Н. А. Меншуткину. Статья была опубликована в «Журнале Русского химического общества». На заседании Общества доклад по ней сделал, по причине отсутствия автора, Меншуткин. Сам Менделеев был в командировке. По заданию Вольного экономического общества он обследовал несколько сыроварен Тверской губернии. К своей «третьей службе», заботе о развитии промышленности, ученый продолжал относиться не менее серьезно, чем к научной и преподавательской деятельности.

Но открыть периодический закон и, отталкиваясь от него, систематизировать химические элементы было только половиной дела. Следовало еще познакомить научный мир с открытием и убедить ученых в справедливости закона. Летом 1869 года Менделеев участвовал во Втором съезде естествоиспытателей. Он выступил с новым вариантом своей системы. В нем группы элементов со сходными свойствами были расположены уже вертикально, как принято в современном варианте таблицы. Все известные в то время элементы, за исключением семи, нашли в этом варианте свое правильное место. Менделеев продолжал работать над совершенствованием системы. К 1870 году он нашел правильные положения для всех известных элементов.

В 1870–1871 годах ученый издал несколько статей и выступал с докладами по поводу периодического закона. Особое место среди работ Дмитрия Ивановича занимают статьи «Периодическая законность химических элементов» и «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов». О второй из них ученый позже писал: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов и оригинал, по которому писалось потом так много про эту систему. Это причина главная моей научной известности.». В этой работе был впервые коротко сформулирован периодический закон: «.свойства элементов (а следовательно, и образованных из них простых тел) находятся в периодической зависимости от их атомного веса». Современная формулировка отличается только тем, что в ней рассматривается не атомный вес, а заряд атомного ядра.

Менделеев указывал, что открытый им закон может иметь большое значение в дальнейшем развитии химии. Среди возможностей приложения закона ученый называл составление системы элементов, определение свойств еще не открытых элементов и способа их открытия, определение атомного веса малоизученных элементов и исправление этого показателя для целого ряда элементов, пополнение сведений о формах химических соединений. И все эти возможности были реализованы при жизни Менделеева и во многом им самим. Так, к 1871 году он, используя свою периодическую систему, исправил атомный вес многих элементов. Ученый уточнил вес 28 элементов, причем некоторых - кардинальным образом. Например, он показал, что эрбий имеет атомный вес не 56, как считалось ранее, а 170, лантан не 92, а 139, и т. д. Как видим, к 1869 году атомные веса многих элементов были вычислены неверно. Учитывая это обстоятельство и то, что многие элементы тогда вообще не были открыты, можно только удивляться гениальности ученого, который, несмотря на это, смог найти периодическую закономерность.

Еще в первом варианте таблицы Менделеев оставил места для четырех неизвестных элементов с атомными весами 45, 68, 70 и 180. В 1870–1871 годах ученый предсказал химические и физические свойства первых трех из этих элементов и дал им предварительные названия: экабор, экаалюминий и экасилиций. Приставка «эка» означает «следующий за». Этими названиями Менделеев хотел сказать, что предполагаемые элементы должны быть следующими по атомному весу аналогами бора, алюминия и кремния.

В 1875 году француз Лекок де Буабодран открыл новый элемент. Химик назвал его галлием, в честь исторического названия Франции. Реально открытый галлий пришел на смену гипотетическому экаалюминию. В 1879 году шведский химик Нильсон открыл скандий, место которому в системе Менделеева уступил экабор. Экасилиций был заменен в 1886 году германием, который открыл немец Винклер. Справедливость и важность периодического закона блестяще подтвердилась на практике. Но не следует думать, что только после открытия предсказанных Менделеевым элементов периодический закон получил признание. Весной 1871 года ученый отправился в очередную заграничную командировку. Ее целью была закупка необходимых для исследований минералов. В поездке Дмитрий Иванович встречался со многими европейскими учеными, обсуждал с ними периодический закон и свою систему элементов. Выводы Менделеева получили одобрение со стороны многих иностранных коллег. Позже по поводу системы элементов даже возникла полемика о приоритетах. Дело в том, что еще в 1864 году немецкий химик Лотар Мейер создал таблицу из 27 элементов, расположив их в порядке возрастания атомных весов и сгруппировав по валентности. Но теоретических обобщений, подобным периодическому закону Менделеева, немецкий ученый не сделал. Да и полную таблицу всех элементов он создал в 1870 году, то есть уже после выхода «Опыта системы элементов». Однако следует заметить, что некоторые ученые не признавали справедливости закона и многие не понимали и не признавали его фундаментального характера. Для полного признания потребовалось немало времени.