Закон Менделеева - А Колесников

«Это применение закона периодичности показывает всю его силу и новизну, потому что, должно сознаться, до сих пор мы не имели никаких поводов предсказывать свойства неизвестных элементов, даже не могли судить о недостатке или отсутствии тех или других из них. Открытие элементов было делом одного наблюдения. И оттого-то только слепой случай и особая прозорливость и наблюдательность вели к открытию новых элементов. Теоретического интереса в открытии новых элементов вовсе почти не было и от того важнейшая область химии, а именно, изучение элементов, до сих пор привлекала к себе только немногих химиков. Закон периодичности открывает в этом последнем отношении новый путь…», — так определяет Д. И. Менделеев значение периодического закона для научного предсказания существования в природе неизвестных ещё химических элементов.

КАК БЫЛ ПОДТВЕРЖДЁН ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА

20 сентября 1875 года на заседании Парижской Академии наук было зачитано письмо французского химика Лекок-де-Буабодрана об открытии им нового химического элемента — галлия. Галлий был обнаружен в минерале цинковая обманка при помощи спектрального анализа.

Первые же испытания нового элемента показали, что по своим свойствам он очень похож на алюминий.

Это был предсказанный Д. И. Менделеевым в 1871 году экаалюминий.

6 ноября 1875 года в протокол заседания Русского химического общества заносится: «Менделеев обратил внимание на то, что элемент, открытый недавно Лекок-де-Буабодраном…, совпадает с долженствующим существовать экаалюминием, свойства которого указаны четыре года назад и выведены Менделеевым на основании периодического закона. Если галлий тождественен с экаалюминием, то он будет иметь атомный вес 63, плотность 5,9…».

Все предсказанные Менделеевым свойства нового элемента подтвердились!

Интересно отметить, что Буабодран на первых порах неверно определил удельный вес галлия. Д. И. Менделеев тут же написал в Париж письмо, указав, что Буабодран ошибся. Французский химик повторил опыт и убедился, что Менделеев прав, — удельный вес галлия оказался равным, как и предсказывал русский химик, около 6, а именно 5,94.

В 1880 году было получено новое подтверждение закона Менделеева: в Швеции был открыт экабор — скандий (Sc). Нильсон, открывший этот новый элемент, писал: «Не остаётся никакого сомнения, что в скандии открыт экабор… Так подтверждаются самым наглядным образом мысли русского химика, позволившие не только предвидеть существование названного простого тела, но и наперёд указать его важнейшие свойства».

Третий из предсказанных Д. И. Менделеевым в 1871 году элементов — экакремний (германий) — был найден немецким учёным Винклером в 1886 году. Свойства нового элемента почти в точности совпали с предсказанными.

Оценивая это открытие, Ф. Энгельс писал, что Менделеев совершил научный подвиг.

Менделеевым было предсказано открытие и других химических элементов, в том числе полония, рения, протактиния и других. Все они позднее были найдены.

Рис. 2. Современная периодическая система элементов.

В конце прошлого века были открыты упомянутые нами ранее инертные, недеятельные газы — аргон и другие. По своим свойствам эти газы отличались от всех известных элементов. Они не давали никаких химических соединений с другими элементами (в наше время некоторые из таких газов — аргон и неон — используются в газосветных трубках для светящихся реклам).

Встал вопрос: куда поместить их в таблице Менделеева? Затруднение было разрешено просто. Инертные газы — всего их было открыто шесть — были помещены в отдельную, нулевую группу. Заканчивая периоды, эти газы как бы закрывают разрыв в свойствах между последним в периоде наиболее активным металлоидом и первым в следующем периоде наиболее активным металлом. Что в природе должны существовать эти элементы, об этом говорил сам Менделеев. В 1870 году он писал, что заметно отсутствие элементов между водородом и литием и между натрием и фтором. Именно на этих местах теперь и стоят инертные газы: гелий и неон.

На рис. 2 приведена современная периодическая система химических элементов. В ней все элементы расположены в десяти горизонтальных рядах, составляющих семь периодов — коротких и длинных, и в девяти вертикальных столбцах — группах.

Периоды заключают в себе разное число элементов: в первом периоде всего два элемента — водород и гелий; во втором и третьем — по восьми элементов; в четвёртом и пятом — по восемнадцати; в шестом, самом большом периоде таблицы заключено тридцать два химических элемента; здесь в клетке под № 57 помещается сразу 15 элементов — от лантана до лютеция, очень похожих по химическим свойствам друг на друга; это — так называемые «редкоземельные» элементы, или лантаниды (лантаноиды); они выделяются обычно в отдельную группу (см. внизу таблицы на рис. 2); и, наконец, последний, седьмой, неполный период включает в себя двенадцать химических элементов; сюда входят особой группой так называемые актиниды (актиноиды), в числе которых находятся и все элементы с атомным весом, большим атомного веса урана; начинается этот период с искусственно полученного элемента франция и обрывается калифорнием.

Таким образом, всего до настоящего времени получено искусственно 10 химических элементов; это — технеций (№ 43), прометий (№ 61), астатин (№ 85), франций (№ 87) и шесть заурановых элементов (см. о них далее, стр. 39). Все эти элементы являются продуктами превращений других элементов, осуществлённых в лабораториях учёными.

Каждый из первых шести периодов заканчивается инертным газом.

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ВСЕЛЕННАЯ

Закон Менделеева явился могучим помощником человека в познании природы. И в первую очередь он показал материальное единство вселенной.

Из каких химических элементов состоят различные окружающие нас тела — воздух, вода, земля, горные породы, растения и животные? Из чего состоят Солнце и звёзды?

Эти вопросы давно интересовали человека.

Уже в прошлом веке были произведены детальные анализы многочисленных горных пород, составляющих земной шар. Результат оказался неожиданным. При всём разнообразии встречающихся в земной коре горных пород оказалось, что они состоят главным образом из немногих химических элементов — кремния и кислорода, железа и алюминия, кальция и магния, натрия и калия и некоторых других. Эти элементы входят в состав земной коры в виде соединений с кислородом.

Более всего в составе земной коры (до глубины 16 километров) кислорода; он составляет около 50 процентов всего её вещества. Четвёртую часть коры земного шара занимает кремний. Около семи-восьми процентов её вещества по весу падает на долю алюминия и около четырёх — на долю железа. Магний, кальций, калий и натрий, вместе взятые, составляют немного более 10 процентов от массы земной коры; и всего несколько процентов вещества земной коры состоит из остальных восьми десятков химических элементов. Некоторые из этих элементов, такие, как железо, олово, медь, хром, никель и другие, находятся в земле в виде рудных скоплений — рудных залежей.

Другие элементы рассеяны в земной коре.

К таким относятся, например, скандий, гафний и другие. Эти элементы носят название «редкие», хотя общее количество таких «редких» элементов в земле не так уж мало. Часто их больше, чем обычных, «нередких» элементов. Так, «редкого» элемента циркония в земной коре во много раз больше, чем свинца.

«Редкими» такие элементы называют потому, что они рассеяны в земле и извлечение их из горных пород — очень трудоёмкое дело [2].

С глубиной процентное содержание химических элементов меняется. Увеличивается содержание железа и магния, уменьшается количество кислорода, натрия, калия, алюминия, кремния.

Изучением распространения и истории химических элементов в земной коре занимается особая наука — геохимия.

Очень «беден» химический состав веществ и органического, «живого» происхождения. Десятки тысяч разнообразнейших органических тел природы состоят главным образом из 6–8 веществ — углерода, азота, кислорода, водорода и некоторых других.

Был определён и состав воздуха. Главными составными его частями являются азот и кислород (помимо этих элементов, в составе воздуха находятся газы аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и углекислый газ).

Таким образом, химические элементы, которые входят в менделеевскую таблицу, образуют разнообразные вещества живой и неживой природы.

В настоящее время химикам хорошо известно, например, какие химические элементы входят в состав тел животных. И здесь, оказывается, мы встречаемся с теми же элементами — с кислородом и углеродом, с азотом и кальцием, серой и фосфором, с натрием и калием.