Дмитрий Иванович Менделеев

Открытие Менделеева было одним из исходных пунктов развития новейшей физики, раскрывшей внутреннее строение атома и атомного ядра, освободившей атомную энергию и достигшей других замечательных успехов. В конце XIX и начале XX века физики открыли элементарные частицы, входящие в состав атомов, обнаружив таким образом сложную природу атома. Первоначально были найдены электроны — частицы, обладающие очень малой массой и отрицательным электрическим зарядом, равным единице[8]. Впоследствии были обнаружены гораздо более тяжелые (в 1836 раз тяжелее электрона) положительно заряженные частицы — протоны, электрически незаряженные частицы — нейтроны, а также ряд других элементарных частиц.

Исследование структуры атома и атомного ядра, а также открытие входящих в состав ядер элементарных частиц было тесно связано с изучением явлений радиоактивности. В 1896 году французский физик Анри Беккерель, исследуя свечение тел, пришел к важному открытию. Соли урана заставляли чернеть фотографическую пластинку, что свидетельствовало об излучении. Это ранее неизвестное излучение было названо радиоактивностью. Один из крупнейших физиков Франции Пьер Кюри и его жена уроженка Варшавы, Мария Склодовская-Кюри, изучая соединения урана, обнаружили, что смоляная урановая руда, «смоляная обманка», полученная из Чехии, отличается сильным радиоактивным излучением, бóльшим, чем даже чистый уран. Они предположили, что в этой руде имеется некий элемент, обладающий большей радиоактивностью, чем уран. В 1898 году им удалось выделить этот элемент. Действительно, оказалось, что он дает излучение в миллион раз более интенсивное, чем уран. Этот элемент был назван радием. Он испускает различного рода лучи, в том числе поток положительно заряженных частиц — альфа-лучи. Причиной излучения является распад ядер атомов радия. Уран также распадается, но так медленно, что только через 4,6 миллиарда лет его количество уменьшится вдвое. При распаде урана образуется открытый Марией Склодовской и Пьером Кюри радий. Его распад происходит быстрее, так что количество радия уменьшится вдвое примерно через 1590 лет.

В начале нашего столетия физики пришли к убеждению, что и другие элементы, кроме урана и радия, также радиоактивны. Рубидий и самарий распадаются со столь небольшой скоростью, что запас их уменьшится вдвое в течение многих миллиардов лет. Некоторые элементы распадаются в еще более длительные сроки.

Распад атомов и существование элементарных частиц, из которых состоят атомы, помогли объяснить периодичность свойств химических элементов, открытую Менделеевым в конце 60-х годов. Если атомы состоят из одних и тех же элементарных частиц, в различном числе и различным образом сгруппированных, то появляется надежда объяснить сходные свойства различных элементов сходством структур различных атомов, числом и расположением элементарных частиц, входящих в атомы. В начале нашего столетия многие физики и химики задумывались над этой проблемой. Следует упомянуть о размышлениях известного русского революционера народовольца Н. А. Морозова, заключенного в 1884 году в Шлиссельбургскую крепость и пробывшего там до 1905 года. Морозов в своей одиночной камере много размышлял о причинах открытой Менделеевым периодичности и пришел к мысли о сложной структуре атома, об атоме, в котором электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Он передал свою рукопись в 1901 году на волю, но глубину содержащихся в ней идей не оценили, и открытие Морозова не было опубликовано вплоть до 1907 года. О физической природе периодичности свойств химических элементов думали и другие ученые. Они подчеркивали, что периодическая таблица Менделеева приобретает характер родословного дерева, по которому можно судить о превращении одного элемента в другой, об их происхождений. Мысль о том, что периодическая таблица отражает развитие природы, историю происхождения химических элементов, была, в частности, высказана в 1911 году известным русским химиком Чугаевым, который писал, что в периодическом законе заключено «выражение того плана, по которому совершалась эволюция существующих элементов, выражение тех сложных и многочисленных факторов, которые оказывали влияния на ход этой эволюции».

Каким же образом современная физика и химия объясняют периодическое повторение химических свойств элементов, расположенных в порядке возрастания атомного веса?

Открытие электронов, радиоактивности, а вслед за ними элементарных положительно заряженных частиц (протонов) и электрически нейтральных частиц (нейтронов) позволило с очень большой точностью и конкретностью объяснить периодическое появление элементов со сходными химическими свойствами, последовательное (хотя и не совсем равномерное) нарастание атомного веса элементов в менделеевской таблице, существование малых и больших периодов и многое другое.