Страницы истории науки и техники

Оказалось, как установил Менделеев, химические свойства элементов изменяются не непрерывно с ростом атомного веса, а периодически. Другими словами, способность элементов к химическому взаимодействию, их валентность, не увеличивается плавно с ростом атомного веса, от каждого предыдущего элемента к последующему, а после некоторого увеличения снижается, потом снова растет и так далее. Менделеев в «Основах химии» написал об этом так: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных весов элементов»[340].

Составляя периодическую систему элементов, Менделеев расположил их по горизонталям (периоды) в порядке увеличения атомного веса, причем так, чтобы элементы с близкими свойствами оказались в одном вертикальном столбце. Таким образом, горизонтальные строки — это периоды, а вертикальные столбцы — группы элементов, обладающих близкими свойствами. Получилось 8 групп и 12 периодов. Общее число открытых элементов составляло тогда (в 1871 г.) 63.

Мы не будем говорить здесь более подробно о таблице, составленной непосредственно Менделеевым. С тех пор прошло более 110 лет, число известных элементов возросло с 63 до 107; учение о строении атома, как известно читателю, продвинулось далеко вперед. Рассмотрим лучше несколько подробнее современную периодическую систему элементов Д. И. Менделеева.

Однако, прежде чем перейти к этому, рассмотрим еще один важный вопрос. Менделеев на основании периодической системы элементов высказал предположение о существовании некоторых, еще неизвестных тогда элементов — не все места в таблице Менделеева были заняты. Предвидение Менделеева оказалось правильным. В 1875 г. П. Лекеком де Буабодраном был открыт новый элемент — серебристый легкоплавкий металл, названный впоследствии галлием (Ga), существование и свойства которого были предсказаны Менделеевым под наименованием экаалюминия. В 1879 г. Л. Нильсон открыл новый элемент-металл скандий (Sc), на существование и свойства которого также ранее указывал Менделеев, именуя его экабором. В 1886 г. К. Винклер открыл новый элемент, используемый теперь в качестве полупроводника, — германий (Ge), названный так в честь родины Винклера; предвидя существование этого элемента, Менделеев именовал его экасилиций. Менделеев правильно предугадал существование впоследствии открытых еще семи новых элементов: технеция (Tc), рения (Re), полония (Ро), астата (At), франция (Fr), радия (Ra), протактиния (Pa).

Не правда ли, это напоминает предсказание Ньютоном (на основе проделанных им расчетов) новой планеты: Нептун, действительно открытой Галле в 1846 г.? В обоих случаях это существенно укрепило признание новых законов: закона всемирного тяготения Ньютона и периодического закона химических элементов Менделеева.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева разделена на группы и периоды элементов. Каждая группа разделяется на подгруппы: основную — а и побочную — b. Элементы одной и той же подгруппы имеют сходные химические свойства. Например, элементы подгруппы VIIa (галоиды) фтор (F), хлор (Сl), бром (Вr), йод (I) и астат (At) являются наиболее активными элементами среди металлоидов и поэтому очень редко встречаются в свободном состоянии. Все галоиды по отношению к водороду одновалентны и, соединяясь с ним, дают газообразные вещества типа PH. Что касается водорода (Н), то его место в периодической системе неоднозначно: он обладает свойствами, общими как с щелочными металлами (подгруппа Ia), так и с галоидами (подгруппа VIIa).

Горизонтальные строки, тоже как и раньше, означают периоды элементов. Все семь периодов (исключая первый) начинаются щелочным металлом в левой части таблицы и завершаются инертным газом в правой части.

Необходимо отметить, что до тех пор, пока теория строения атома не получила должного развития, объяснить физический смысл периодической системы элементов было невозможно. Она составлялась скорее путем обобщения опытных данных, сделанного талантливым ученым, нежели путем достижений теории. Периодический закон элементов не имел научного объяснения.

Решающим моментом в раскрытии физического смысла периодической системы элементов были уже известные читателю работы Э. Резерфорда и Н. Бора, далеко продвинувшие теорию строения атома. Стало ясно, что главной характеристикой каждого элемента в периодической системе является не атомный вес, а номер элемента z, представляющий собой не что иное, как величину заряда ядра этого элемента. Поэтому в приведенном современном варианте периодической системы элементов самой крупной цифрой указывается порядковый номер данного элемента z, от первого (водород Н) до сто седьмого.