Профессор Б. Д. Степин
/>
Зачетыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрелспокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях. В 1865 году онкупил имение Боблово недалеко от Клина и получил возможность заниматьсяагрохимией, которой тогда увлекался, и отдыхать там с семьей каждое лето.
В1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химиифизико-математического факультета Петербургского университета, а в конце годаему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года уМенделеевых родилась любимая дочь Ольга...
Вотнесколько эпизодов из жизни Дмитрия Ивановича Менделеева.
Онродился в 1834 году в Тобольске и был последним, семнадцатым по счету ребенкомв семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его женыМарии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталосьв живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческомвозрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена.
УчебаДмитрия Менделеева в Петербурге в педагогическом институте вначале даваласьнелегко. На первом курсе он умудрился по всем предметам, кроме математики,получить неудовлетворительные оценки. Но на старших курсах дело пошло по-другому- среднегодовой балл Менделеева был равен четырем с половиной (из пятивозможных). Он окончил институт в 1855 году с золотой медалью, получив дипломстаршего учителя.
Жизньне всегда была благосклонна к Менделееву: были в ней и разрыв с невестой, и недоброжелательностьколлег, неудачный брак и затем развод… Два года (1880 и 1881) были оченьтяжелыми в жизни Менделеева. В декабре 1880 года Петербургская академия наукотказала ему в избрании академиком: «за» проголосовало девять, а«против» — десять академиков. Особенно неблаговидную роль при этомсыграл секретарь академии некто Веселовский. Он откровенно заявил: «Мы нехотим университетских. Если они и лучше нас, то нам все-таки их не нужно».
В1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой,совершенно не понимавшей мужа и упрекавшей его в отсутствии внимания.
«Мастер чемоданных дел»
Любимымзанятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовлениечемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостиномдворе. Однажды, выбирая нужный товар, Менделеев услыхал за спиной вопрос одногоиз покупателей:
— «Кто этот почтенный господин?»
— «Таких людей знать надо, — с уважением в голосе ответил приказчик. — Этомастер чемоданных дел Менделеев».
В1895 году Менделеев ослеп, но продолжал руководить Палатой мер и весов. Деловыебумаги ему зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепуюпродолжал клеить чемоданы. Профессор И. В. Костенич за две операции удалилкатаракту, и вскоре зрение вернулось…
Новернемся к 1867 году.
Зимой1867-68 года Менделеев начал писать учебник «Основы химии» и сразустолкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К серединефевраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу,что свойства простых веществ (а это есть форма существования химическихэлементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некаязакономерность.
Менделеевмногого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементыпо возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, онне имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.
Решающийэтап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю).Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней дляобследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо срекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева — одного изруководителей Вольного экономического общества.
ВПетербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревьяв университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постелиДмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошелзавтракать. Настроение у него было чудесное.
Неожиданная мысль
Зазавтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомныемассы различных химических элементов и их химические свойства.
Недолгодумая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия Kс довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разницавсего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы другихэлементов, отыскивая среди них подобные «парадоксальные» пары: фтор Fи натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие массвозрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что«неопределенная зона» между явными неметаллами и металлами содержитэлементы — благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенновидоизменит Периодическую систему.
Послезавтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачкувизитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и ихглавные химические свойства.
Черезнекоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься:«У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Этивозгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.
Менделеевперекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясьзначениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомамиодного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональноезнание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущейПериодической системы химических элементов.
Так,вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом скарточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традицииприняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химическиесвойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогдазначении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксидабериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, «исправленное»значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так жесмело действовал он и в других случаях.
ПостепенноДмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные повозрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических ихимических свойств.
Втечение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясьненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.
Вечером1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием«Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическомсходстве» послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставивдату «17 февраля 1869 года» (это по старому стилю).
Так был открыт Периодический закон...
… Такбыл открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:
Свойствапростых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся впериодической зависимости от заряда ядер их атомов.
Менделеевутогда было всего 35 лет.
Отпечатанныелистки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным изарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследованиясыроварен.
Доотъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущемуисторику химии, рукопись статьи «Соотношение свойств с атомным весомэлементов» — для публикации в Журнале Русского химического общества и длясообщения на предстоящем заседании общества.
18марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества,сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Докладсначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химическогообщества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает нето, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года,прочтя статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов иприменение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил своемнение и написал Менделееву: «Очень, очень хорошо, премного отличныхсближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Вашихвыводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин».
Так что же такое периодичность?
Этоповторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменениипорядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов иминимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.
Например,что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?
Преждевсего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электроннойконфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбиталивсего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту жестепень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl,у карбонатов — М2СO3, у ацетатов — CH3COOM и так далее (здесь буквой Mобозначен щелочной элемент).
Менделеевупосле открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причинапериодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находилаобъяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялисьчерез семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покровтаинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как разпо семь элементов.
Невсе элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; внекоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так,у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она такжебольше, чем у иода I, но Менделеев разместил их в порядке Co — Ni, Te — I, а ненаоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а иод становилсяродственником селена Se.
Самоеже важное в открытии Периодического закона — предсказание существования еще неоткрытых химических элементов. Под алюминием Al Менделеев оставил место для егоаналога «экаалюминия», под бором B — для «экабора», а подкремнием Si — для «экасилиция». Так назвал Менделеев еще не открытые химическиеэлементы. Он даже дал им символы El, Eb и Es.
Поповоду элемента «экасилиция» Менделеев писал: «Мне кажется,наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который п/>ринадлежит к IV группе аналогов углерода, а именно, к III ряду.Это будет металл, следующий тотчас же за кремнием, и потому назовем егоэкасилицием». Действительно, этот еще не открытый элемент должен был статьсвоеобразным «замкОм», связывающим два типичных неметалла — углерод Cи кремний Si — с двумя типичными металлами — оловом Sn и свинцом Pb.
Невсе зарубежные химики сразу оценили значение открытия Менделеева. Уж оченьмногое оно меняло в мире сложившихся представлений. Так, немецкий физикохимикВильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открытне закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Немецкийхимик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидийRb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мирчистых абстракций».
ПрофессорЛейпцигского университета Герман Кольбе в 1870 году назвал открытие Менделеева«спекулятивным». Кольбе отличался грубостью и неприятием новыхтеоретических воззрений в химии. В частности, он был противником теориистроения органических соединений и в свое время резко обрушился на статью ЯкобаВант-Гоффа «Химия в пространстве». Позднее Вант-Гофф за своиисследования стал первым Нобелевским лауреатом. А ведь Кольбе предлагал такихисследователей, как Вант-Гофф, «исключить из рядов настоящих ученых изачислить их в лагерь спиритов»!
Скаждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, аего открыватель — все большее признание. В лаборатории Менделеева сталипоявляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князьКонстантин Николаевич, управляющий морским ведомством.
Триумф
Наконец,пришло время триумфа. В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок деБуабодран открыл в минерале вюртците — сульфиде цинка ZnS — предсказанныйМенделеевым «экаалюминий» и назвал его в честь своей родины галлиемGa (латинское название Франции — «Галлия»). Он писал: «Я думаю,нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретическихвыводов господина Менделеева».
Заметим,что в названии элемента есть намек и на имя самого Буабодрана. Латинское слово«галлус» означает петух, а по-французски петух — «ле кок».Это слово есть и в имени первооткрывателя. Что имел в виду Лекок де Буабодран,когда давал название элементу — себя или свою страну — этого, видимо, уженикогда не выяснить.
Менделеевточно предсказал свойства экаалюминия: его атомную массу, плотность металла,формулу оксида El2O3, хлорида ElCl3, сульфата El2(SO4)3. После открытия галлияэти формулы стали записывать как Ga2O3, GaCl3 и Ga2(SO4)3. Менделеевпредугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно,температура плавления галлия оказалась равной 29,8 оС. По легкоплавкости галлийуступает только ртути Hg и цезию Cs.
В1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий, предсказанный Менделеевымкак экабор Eb. Нильсон писал: «Не остается никакого сомнения, что вскандии открыт экабор… Так подтверждаются нагляднейшим образом соображениярусского химика, которые не только дали возможность предсказать существованиескандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». Скандийполучил название в честь родины Нильсона Скандинавии, а открыл он его в сложномминерале гадолините, имеющем состав Be2(Y,Sc)2FeO2(SiO4)2.
В1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик Клеменс Винклерпри анализе редкого минерала аргиродита состава Ag8GeS6 обнаружил еще одинэлемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элементгерманием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражениясо стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, вприсвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя«экасилиций» и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советомк самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель новогоэлемента должен дать ему название.
Предугадатьсуществование группы благородных газов Менделеев не мог, и им поначалу ненашлось места в Периодической системе.
Открытиеаргона Ar английскими учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году сразу жевызвало бурные дискуссии и сомнения в Периодическом законе и Периодическойсистеме элементов. Менделеев вначале посчитал аргон аллотропной модификациейазота и только в 1900 году под давлением непреложных фактов согласился сприсутствием в Периодической системе «нулевой» группы химическихэлементов, которую заняли другие благородные газы, открытые вслед за аргоном.Теперь эта группа известна под номером VIIIА.
В1905 году Менделеев написал: «По-видимому, периодическому закону будущеене грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя какрусского меня хотели затереть, особенно немцы».
ОткрытиеПериодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химическихэлементов.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.alhimik.ru/