Страница 58 из 67
Шло время, и ученым стало ясно, что все разнообразие природных тел не может произойти из какого-то одного первоначального вещества, будь то вода, воздух, огонь или что-нибудь другое. Но еще долго они блуждали по ложным дорогам познания. Только к XVIII столетию в науке утвердился правильный взгляд на основные элементы мира. Англичанин Роберт Бойль определил их так: «Я называю элементами… некоторые первоначальные и простые, вполне несмешанные тела; эти тела не состоят из других тел или друг из друга и являются составными частями, из которых сложены все вполне смешанные тела и на которые последние в конце концов распадаются. Я не считаю истинным началом или элементом какое-либо тело не вполне однородное, которое может быть дальше разложено на некоторое число различных веществ». Он имел в виду химические элементы.
Но сколько их в природе? Кто мог дать ответ? Изучая, анализируя различные минералы, газы, жидкости, химики открывали все новые химические элементы.
В первой половине XIX столетия «охота за неразложимыми» становится основным занятием многих ученых-химиков. К середине века уже было известно около пятидесяти элементов и открывали все новые.
Открывали случайно. Ученые работали вслепую. Никто не знал, где мог оказаться новый незнакомец, каковы должны быть его свойства.
Изучая золу морских водорослей, французский химик Куртуа прибавил к ней однажды серной кислоты больше, чем обычно. Над раствором показались пары фиолетового цвета. Это оказался йод.
Так же случайно были впервые обнаружены бром и кадмий.
Где же был конец этим случайностям?
Ответ пришел из России. В 1871 году в III томе «Журнала Русского физико-химического общества» появилась статья, в которой были подробно описаны несколько еще никем не виданных элементов. Автор статьи предсказывал, что они существуют в природе, и будут найдены в будущем.
Ученый положил конец неизвестности, случайности, существовавшим в науке об основных элементах мироздания. Более того, это было открытие давно искомого родства всех химических элементов.
Статья называлась «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов». Автор статьи был русский химик Дмитрий Иванович Менделеев, уже известный к тому времени ученый.
В статье 1871 года Менделеев повторял свое первое сообщение, зачитанное в марте 1869 года на заседании Русского физико-химического общества, о создании им Периодической системы химических элементов и уверенно предсказывал свойства новых, еще не известных ни одному человеку химических элементов.
Был открыт великий закон природы, которому подчинялись атомы всех элементов.
Вот как сформулировал Д. И. Менделеев этот закон: «Свойства простых тел (элементов), а также формы и свойства соединений их находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».
Дмитрий Иванович Менделеев родился в 1834 году в семье директора Тобольской мужской гимназии. Он был последним, семнадцатым ребенком. Получив высшее образование в Петербургском педагогическом институте, Дмитрий Иванович очень быстро становится известным ученым. Двадцати двух лет он защищает диссертацию на степень магистра химии, а на тридцать втором году получает ученую степень доктора наук.
Трудно коротко рассказать даже об основных работах великого русского химика. Он написал прекрасную книгу по воздухоплаванию; разработал новый способ изготовления бездымного пороха; подготовил введение в нашей стране метрической системы мер и весов; первый указал на возможность подземной газификации углей, на необходимость более полной, комплексной переработки нефти, на огромную энергию русских рек.
Но несомненно главнейшей заслугой Менделеева перед наукой и человечеством является его знаменитая Периодическая система химических элементов. Именно она, эта система, принесла ему еще при его жизни славу мирового ученого.
Менделеев был почетным членом почти всех академий и различных ученых обществ мира. Чтобы перечислить их, не хватило бы страницы. Рассказывают, что однажды Менделеев, увидев полное перечисление всех его ученых степеней и титулов, засмеялся и сказал:
— Нельзя печатать! Больше чем у царя!
Какими же путями пришел Менделеев к открытию великого закона природы и в чем сущность этого закона?
Еще студентом, досконально изучив все, что было известно химикам того времени, он много думал над тем, сколько же существует различных видов атомов, образующих различные элементы, что роднит, связывает эти элементы. Ответить на этот вопрос было очень трудно.
Слишком разнообразные свойства имели известные химикам простые вещества. Тут были твердые тела, жидкости, газы и металлы, вещества твердые и мягкие, тяжелые и легкие… Как найти общее в пестроте свойств? Чем объяснить эти свойства? Как установить порядок в самих элементах?
Ответить на эти вопросы до Менделеева было не под силу ни одному химику. Это мог сделать человек с блестящими химическими знаниями, ученый, обладающий необыкновенным даром обобщения и предвидения. Таким был Менделеев.
Что же присуще всем химическим элементам независимо от их качеств? Что общего, скажем, между мягким, легко окисляющимся на воздухе, блестящим металлом натрием и желтым, с резким удушающим запахом, легко окисляющим другие вещества, газообразным хлором? Как сравнить металлическую, хорошо проводящую электричество медь и хрупкую, совсем не проводящую электричества, легко воспламеняющуюся серу?
Чтобы объединить в одну таблицу химические элементы, Д. И. Менделеев взял за основу то общее, связующее и в то же время разъединяющее, что присуще им всем, — их атомный вес.
После долгих размышлений ученый пришел к выводу, что атомный вес элемента должен быть как-то связан со свойствами этого простого вещества. «Величина атомного веса определяет характер элемента», — пишет он.
Чтобы наглядно сопоставлять различные элементы друг с другом, Менделеев записал все химические элементы (а их было известно к тому времени 63) на отдельные небольшие карточки. На каждой такой карточке были указаны, кроме названия элемента, его атомный вес и основные свойства. После этого ученый расположил карточки в таком порядке, что все элементы следовали друг за другом по мере увеличения их атомных весов. Первым в этом ряду был водород, атомы его имели наименьший вес.
Долго изучал Менделеев полученный ряд элементов и не находил в этой последовательности никакой закономерности. Ни один элемент не походил по своим свойствам на своего соседа.
Но ученый не сдавался. Он был твердо уверен в том, что в ряду элементов в порядке увеличения атомных весов должна существовать какая-то закономерность. И снова всматривался в ряд элементов, еще и еще раз сопоставлял их свойства.
И победа пришла! Ученый обнаружил наконец последовательность в изменении свойств химических элементов — сходство свойств различных элементов в зависимости от их атомных весов. Оказалось, что это сходство наблюдается не у рядом стоящих элементов, а у веществ, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, разделенных иными, несхожими элементами.
Другими словами, свойства всех химических элементов по мере увеличения их атомных весов повторяются через определенный промежуток (через период элементов). Поэтому Д. И. Менделеев и назвал свою таблицу химических элементов периодической системой.
Вот перед нами один из таких периодов. В начале его — литий. Активный химический элемент с ярко выраженными свойствами металла. Далее — бериллий, чуть менее активный металл, он уже не совсем типичный металл. Третий элемент, бор, еще менее похож на металл, химическая активность его ниже, чем у лития и бериллия. Следующий элемент углерод, — основа всех органических веществ. Это уже переходный элемент от металлов к неметаллам. Затем мы видим азот — первый в этом периоде металлоид и самый малоактивный среди них; он входит в состав воздуха и носителей жизни — белков. Идущий за азотом кислород более активен, он легко вступает в химическое соединение со многими веществами. Следующий элемент, фтор, — самый активный и ярко выраженный металлоид. Заканчивает период инертный газ неон.