Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева и её значение для естествознания
Введение
Открытие Д.И.Менделеевым закономерностей в строении материи оказалась очень важной вехой в развитии мировой науки и мысли. Гипотеза о том, что все вещества во Вселенной состоят лишь из нескольких десятков химических элементов в 19 веке казалась совершенно невероятной, но она была доказана «Периодической системой элементов» Менделеева.
Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.
Периодическая система элементов
Д. И. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон.
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
Весь ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, Менделеев разбил на периоды, внутри которых свойства элементов изменяются последовательно, разместив периоды так, чтобы выделить сходные элементы.
Однако, несмотря на огромную значимость такого вывода, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Лишь в результате развития физики XX века - открытия электрона, радиоактивности, разработки теории строения атома - молодой, талантливый английский физик Г. Мозле установил, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу. Этим открытием Мозле подтвердил гениальную догадку Менделеева, который втрех местах периодической таблицы отошел от возрастающей последовательности атомных весов.
Так, при ее составлении Менделеев поставил 27 Со перед 28 Ni, 52 Ti перед 5 J, 18 Аг перед 19 К, несмотря на то, что это противоречило формулировке периодического закона, то есть расположению элементов в порядке увеличения их атомных весов.
Согласно закону Мозле заряды ядер данных элементов соответствовали положению их в таблице.
В связи с открытием закона Мозле современная формулировка периодического закона следующая:
свойство элементов, а так же формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.
Итак, главной характеристикой атома является не атомная масса, а величина положительного заряда ядра. Это более общая точная характеристика атома, а значит, и элемента. От величины положительного заряда ядра атома зависят все свойства Элемента и его положение в периодической системе. Таким образом, порядковый номер химического элемента численно совпадает с зарядом ядра его атома. Периодическая система элементов является графическим изображением периодического закона и отражает строение атомов элементов.
Теория строения атома объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительного заряда атомных ядер от 1-до 110 приводит к периодическому повторению у атомов элементов строения внешнего энергетического уровня. А поскольку от числа электронов на внешнем уровне в основном зависят свойства элементов; то и они периодически повторяются. В этом физический смысл периодического закона.
В качестве примера рассмотрим изменение свойств у первых и последних элементов периодов. Каждый период в периодической системе начинается элементами атомы, которых на внешнем уровне имеют один s-электрон (незавершенные внешние уровни) и потому проявляют сходные свойства - легко отдают валентные электроны, что обуславливает их металлический характер. Это щелочные металлы - Li, Na, К, Rb, Cs.
Заканчивается период элементами, атомы которых на внешнем уровне содержат 2 (s 2) электрона (в первом периоде) или 8 (s 1 p 6) электронов (во всех последующих), то есть имеют завершенный внешний уровень. Это благородные газы Не, Ne, Ar, Kr, Xe, имеющие инертные свойства.
Именно вследствие сходства строения внешнего энергетического уровня похожи их физические и химические свойства.
В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом. В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом.
В свете учения о строении атома становится понятным разделение всех элементов на семь периодов, сделанное Д. И. Менделеевым. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атома, то есть положение элементов в периодической системе обусловлено строением их атомов. В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа.
1. s-элементы. Заполняется s-подуровень внешнего уровня (s 1 - s 2). Сюда относятся первые два элемента каждого периода.
2. р-элементы. Заполняется р-подуровень внешнего уровня (р 1 -- p 6)- Сюда относятся последние шесть элементов каждого периода, начиная со второго.
3. d-элементы. Заполняется d-подуровень последнего уровня (d1 - d 10), а на последнем (внешнем) уровне остается 1 или 2 электрона. К ним относятся элементы вставных декад (10) больших периодов, начиная с 4-го, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами).
4. f-элементы. Заполняется f-подуровень глубинного (треть его снаружи) уровня (f 1 -f 14), а строение внешнего электронного уровня остается неизменным. Это лантаноиды и актиноиды, находящиеся в шестом и седьмом периодах.
Таким образом, число элементов в периодах (2-8-18-32) соответствует максимально возможному числу электронов на соответствующих энергетических уровнях: на первом - два, на втором - восемь, на третьем - восемнадцать, а на четвертом - тридцать два электрона. Деление групп на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней. Главную подгруппу составляют s - и p-элементы, а побочную подгруппу - d-элементы. В каждой группе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего энергетического уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних (последних) уровнях число электронов, равное номеру группы. Это так называемые - валентные электроны.
У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вто-рых снаружи) уровней, в чем и состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.
Отсюда следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом заключается физический смысл номера группы.
С позиций теории строения атома легко объясняется возрастание металлических свойств элементов в каждой группе с ростом заряда ядра атома. Сравнивая, например, распределение электронов по уровням в атомах 9 F (1s 2 2s 2 2р 5) и 53J (1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 10 4s 2 4р 6 4 d 10 5s 2 5p 5) можно отметить, что у них по 7 электронов на внешнем уровне, что указывает на сходство свойств. Однако внешние электроны в атоме йода находятся дальше от ядра и поэтому слабее удерживаются. По этой причине атомы йода могут отдавать электроны или, иными словами, проявлять металлические свойства, что нехарактерно для фтора.
Итак, строение атомов обуславливает две закономерности:
а) изменение свойств элементов по горизонтали - в периоде слева направо ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;
б) изменение свойств элементов по вертикали - в группе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.
Таким образом: по мере возрастания заряда ядра атомов химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек, что является причиной периодического изменения их свойств.
Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.
Периодическая система Д. И. Менделеева подразделяется на семь периодов – горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп – последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.
Первые три периода называются малыми, остальные – большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды – по восемь, четвёртый и пятый – по восемнадцать, шестой – тридцать два, седьмой (незавершённый) – двадцать один элемент.
Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.
Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.
Малые периоды состоят из одного ряда, большие – из двух рядов: чётного (верхнего) и нечётного (нижнего). В чётных рядах больших периодов расположены металлы, и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечётных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.
В периодической системе для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и его относительная атомная масса. Координатами положения элемента в системе является номер периода и номер группы.
Элементы с порядковыми номерами 58-71, именуемыми лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 - актиноиды – помещаются отдельно внизу таблицы.
Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвёртого.
Химические свойства элементов обуславливаются строением их атома, а точнее строением электронной оболочки атомов. Сопоставление строения электронных оболочек с положением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей:
1. Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых электронами, у атомов данного элемента.
2. В малых периодах и нечётных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне. С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо.
Номер группы, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей (валентных электронов).
В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются их металлические и ослабляются неметаллические свойства.
История создания Периодической системы
Дмитрий Иванович Менделеев в октябре 1897 году писал в статье «Периодическая законность химических элементов»:
- После открытий Лавуазье понятие о химических элементах и простых телах так укрепилось, что их изучение положено в основу всех химических представлений, а вследствие того взошло и во все естествознание. Пришлось признать, что все вещества, доступные исследованию, содержат очень ограниченное число материально разнородных элементов, друг в друга не превращающихся и обладающих самостоятельною весомою сущностью и что все разнообразие веществ природы определяется лишь сочетанием этих немногих элементов и различием или их самих, или их относительного количества, или при одинаковости качества и количества элементов - различием их взаимного положения, соотношения или распределения. «Простыми» телами должно при этом назвать вещества, содержания лишь один какой-либо элемент, «сложными» - два или более. Но для данного элемента могут существовать многие видоизменения простых тел, ему отвечающих, зависящие от распределения («строения») его частей или атомов, т.е. от того вида изомерии, который называется «аллотропией». Так углерод, как элемент, является в состоянии угля, графита и алмаза, которые (взятые в чистом виде) дают при сжигании один и тот же углекислый газ и в том же количестве. Для самих же «элементов» ничего подобного не известно. Они видоизменениям и взаимным превращениям не подвергаются и представляют, по современным воззрениям, неизменную сущность изменяющегося (химически, физически и механически) вещества, входящую как в простые, так и в сложные тела.
Весьма, в древности и до ныне, распространенное представление о «единой или первичной» материи, из которой слагается все разнообразие веществ, опытом не подтверждено, и все попытки, к сему направленные, оказались его опровергающими. Алхимики верили в превращение металлов друг в друга, доказывали это разными способами, но при поверке все оказалось или обманом (особенно в отношении к производству золота из других металлов), или ошибкой и неполнотой опытного исследования. Однако, нельзя не заметить, что если бы завтра оказалось, что металл А превращается целиком или отчасти в другой металл В, то из этого вовсе не будет еще следовать, что простые тела способны друг в друга превращаться вообще, как, например, из того, что долгое время закись урана считали за простое тело, а она оказалась содержащей кислород и действительный металлический уран - вовсе не следует делать никакого общего заключения, а можно только в частности судить о бывшей и современной степенях знакомства с ураном, как самостоятельным элементом. С этой точки зрения должно взглянуть и на оповещенное Емменсом (Stephen - Н. Emmeus) превращение мексиканского серебра отчасти в золото (май-июнь 1897 г.), если справедливость наблюдений оправдается и Argentaurum не окажется подобным алхимистическим оповещением подобного же рода, не раз бывшим и также прикрывавшемся покровом секрета и денежного интереса. Что холод и давление могут содействовать перемене строения и свойств - давно известно, хотя бы по примеру олова Фрицше, но нет фактов, позволяющих предполагать, что изменения эти идут столь глубоко и доходят не до строения частиц, а до того, что ныне считается атомами и элементами, а потому утверждаемое Емменсом превращение (хотя бы и постепенно) серебра в золото будет оставаться сомнительным и мaлозначущим даже в отношении к серебру и золоту, пока, во-первых, «секрет» не будет на столько раскрыт, что опыт может быть всеми воспроизведен, и во-вторых, пока обратный переход (при накаливании и уменьшении давления?) золота в серебро не будет установлен, или пока не будет установлена фактическая его невозможность или трудность. Легко понять, что переход спирта углекислоты в сахар труден, хотя обратный идет легко, потому что сахар бесспорно сложнее спирта и углекислоты. И мне кажется очень мало вероятным переход серебра в золото, если обратно - золото не будет переходить в серебро, потому что атомный вес и плотность золота чуть не в два раза более, чем серебра, из чего должно, по всему известному в химии, заключить, что если серебро и золото произошли из одного материала, то золото сложнее серебра и должно превращаться в серебро легче, чем обратно. Поэтому я думаю, что г. Емменсу для убедительности не только следовало бы раскрыть «секрет», но и попробовать, да и показать, если можно, превращение золота в серебро, тем более, что при получении из дорогого металла другого, в 30 раз более дешевого, денежные интересы будут, очевидно, на далеком плане, а интересы правды и истины окажутся явно на первом, теперь же дело представляется, на мой взгляд, с обратной стороны.
При таком представлении о химических элементах - они оказываются чем-то отвлеченным, так как в отдельности мы их не видим и не знаем. К такому почти идеалистическому представлению столь реалистическое знание, как химия, пришло по совокупности всего доныне наблюденного, и если это представление можно отстаивать, то лишь как предмет глубоко укоренившегося убеждения, доныне оказавшегося совершенно согласным с опытом и наблюдением. В этом смысле понятие о химических элементах имеет глубоко реальное основание во всей науке о природе, так как, например, углерод нигде, никогда, никем и нисколько не превращен в какой-либо другой элемент, тогда как простое тело - уголь превращено в графит и алмаз и, быть может, когда-нибудь можно будет превратить его и в вещество жидкое или газообразное, если удастся найти условия упрощения сложнейших частиц угля. Главное понятие, с которым возможно приступить к объяснению П. законности, состоит именно в коренном различии представлений об элементах и о простых телах. Углерод - элемент, нечто неизменное, содержащееся, как в угле, так и в углекислом газе или в светильном, как в алмазе, так и в массе изменчивых органических веществ, как в известняке, так и в дереве. Это - не конкретное тело, а весомое (материальное) вещество с суммой свойств. Как в парах воды или в снеге нет конкретного тела - жидкой воды, а есть то же весомое вещество с суммой ему одному принадлежащих свойств, так во всем углеродистом содержится материально-однородный углерод: не уголь, а именно углерод. Простые тела суть вещества, содержащие только один какой-либо элемент, и понятие о них становится прозрачно-ясным только тогда, когда признается укрепившееся представление об атомах и частицах или молекулах, из которых слагаются однородные вещества; причем понятию об элементе отвечает атом, а простому телу - частица. Простые тела, как и все тела природы, составлены из частиц: вся их разница от сложных тел состоит лишь в том, что частицы сложных тел содержат разнородные атомы двух или многих элементов, а частицы простых тел - однородные атомы данного элемента. Все, что излагается далее, должно относить именно к элементам, т.е. напр. к углероду, водороду и кислороду, как составным частям сахара, дерева, воды, угля, кислородного газа, озона и т.п., но не простым телам, элементами образуемыми. При этом, очевидно, является вопрос: как же можно находить какую-либо реальную законность в отношении к таким предметам, как элементы, существующие лишь как представления современных химиков, и что же реально осуществимое можно ожидать, как следствие из расследования каких-то отвлеченностей? Действительность отвечает на подобные вопросы с полною ясностью: отвлечения, если они правдивы (содержат элементы истины) и соответствуют реальности, могут служить предметом точно такого же исследования, как и чисто материальные конкретности. Так химические элементы, хотя суть отвлеченности, подлежат расследованию совершенно такому же, как простые или сложные тела, которые можно накалить, взвесить и вообще подвергать прямому наблюдению. Сущность дела здесь в том, что у химических элементов, на основании опытного исследования простых и сложных тел, ими образуемых, открываются свои индивидуальные свойства и признаки, совокупность которых и составляет предмет исследования. Мы и обратимся теперь к перечислению некоторых из особенностей, принадлежащих химическим элементам, чтобы затем показать П. законность химических элементов.
Свойства химических элементов должно разделить на качественные и количественные, хотя бы первые из них и сами по себе подлежали измерению. К числу качественных прежде всего принадлежит свойство образовать кислоты и основания. Хлор может служить образцом первых, так как и с водородом, и кислородом образует явные кислоты, способные с металлами и основаниями давать соли, начиная с первообраза солей - поваренной соли. Натрий же поваренной соли NaCl может служить образцом элементов, дающих только основания, так как кислотных окислов с кислородом он не дает, образуя или основание (окись натрия), или перекись, обладающую характерными признаками типической перекиси водорода. Все элементы суть более или менее кислотные или основные, с явными переходами от первых ко вторым. Это качественное свойство элементов электрохимики (с Берцелиусом во главе) выразили, отличив сходных с натрием, на основании того, что первые при разложении током являются на аноде, а вторые на катоде. Тоже качественное различие элементов выражается отчасти и в различении металлов и металлоидов, так как основные элементы относятся к числу таких, которые в виде простых тел дают настоящие металлы, а кислотные элементы образуют в виде простых тел металлоиды, не имеющие вида и механических свойств настоящих металлов. Но во всех этих отношениях не только невозможно прямое измерение, позволяющее устанавливать последовательность перехода от одних свойств к другим, но и нет резких различий, так что есть элементы в том или ином отношении переходные или такие, которые можно отнести и в тот, и в другой разряд. Так алюминий, по внешнему виду явный металл, отлично проводящий гальв. ток, в своем единственном окисле Аl 2 O 3 (глинозем) играет роль то основную, то кислотную, так как соединяется и с основаниями (напр. Na 2 O, MgO и др.), и с кислотными окислами, например образуя серноглиноземную соль A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3 ; и в том, и в другом случае он обладает слабо выраженными свойствами. Сера, образуя несомненный металлоид, во множестве химических отношений сходна с теллуром, который по внешним качествам простого тела всегда относился к металлам. Такие случаи, очень многочисленные, придают всем качественным признакам элементов некоторую степень шаткости, хотя и служат к облегчению и, так сказать, оживлению всей системы знакомства с элементами, указывая в них признаки индивидуальности, позволяющей предугадывать еще не наблюденные свойства простых и сложных тел, образующихся из элементов. Эти сложные индивидуальные особенности элементов придавали чрезвычайный интерес открытию новых элементов, не позволяя никоим образом сколько-нибудь предвидеть сумму физических и химических признаков, свойственных веществам, ими образуемым. Все, чего можно было достигать при изучении элементов, ограничивалось сближением в одну группу наиболее сходных, что уподобляло все это знакомство с систематикою растений или животных, т.е. изучение было рабским, описательным и не позволяющим делать какие-либо предсказания по отношению к элементам, еще не бывшим в руках исследователей. Ряд иных свойств, которые мы назовем количественными, выступил в надлежащем виде для химических элементов только со времени Лорана и Жерара, т.е. с 50-х годов текущего столетия, когда была подвергнута исследованию и обобщению способность взаимного реагирования со стороны состава частиц и укрепилось представление о двуобъемных частицах, т.е. о том, что в парообразном состоянии, пока нет разложения, всякие частицы (т.е. количества веществ, вступающие в химическое взаимодействие между собою) всех тел занимают такой же объем, какой занимают два объема водорода при той же температуре и том же давлении. Не входя здесь в изложение и развитие начал, укрепившихся при этом, ныне общепринятом представлении, достаточно сказать, что с развитием унитарной или частичной химии в последние 40 или 50 лет получилась твердость, прежде не существовавшая, как в определении атомных весов элементов, так и в определении состава частиц простых и сложных тел, ими образуемых, и стала очевидною причина различия свойств и реакций обыкновенного кислорода О 2 и озона O 3 , хотя оба содержат только кислород, как и разность маслородного газа (этилена) C 2 H 4 от жидкого цетена С 16 Н 32 , хотя оба содержат на 12 весовых частей углерода по 2 весовых части водорода. В эту многознаменательную эпоху химии выступило в ней для каждого хорошо обследованного элемента два более или менее точных количественных признака или свойства: вес атома и тип (форма) состава частиц соединений, им образуемых, хотя ничто не указывало еще ни на взаимную связь этих признаков, ни на соотношение их с другими, особенно качественными, свойствами элементов. Вес атома, свойственный элементу, т.е. неделимое, наименьшее относительное количество его, входящее в состав частиц всех его соединений, особенно был важен для изучения элементов и составлял их индивидуальную характеристику, пока чисто эмпирического свойства, так как для определения атомного веса элемента надобно узнать не только эквивалент или относительный весовой состав некоторых его соединений с элементами, вес атома которых известен из иных определений, или условно принят известным, но и определить (по реакциям, плотностям паров и т.п.) частичный вес и состав хоть одного, а лучше многих из соединений, им образуемых. Этот путь опыта столь сложен, длинен и требует такого совершенно очищенного и тщательно изученного материла из числа соединений элемента, что для многих, особенно для редких в природе элементов, при отсутствии особо понудительных причин, оставалось много сомнений относительно истинной величины атомного веса, хотя весовой состав (эквивалент) некоторых соединений их и был установлен; таковы, напр., были уран, ванадий, торий, бериллий, церий и др. При чисто эмпирическом значении веса атома не было и особого интереса углубляться в этот предмет для элементов, редко подвергаемых исследованию, тем не менее для большой массы обыкновеннейших элементов величины атомных весов можно было уже в начале 60-х годов считать твердо установленными, особенно после того, как Канницаро твердо установил для многих металлов, напр. Са, Ва, Zn, Fe, Сu и т.п. явное их отличие от К, Na, Ag и т.п., показав, что частицы напр. хлористых соединений первых из них содержат вдвое более хлора, чем вторых, т.е. что Са, Ва, Zn и т.д. дают CaCI 2 , BaCI 2 и т.д., т.е. двуатомны (двуэквивалентны или двувалентны), тогда как K, Na и т.п. одноатомны (одноаквивалентны), т.е. образуют KCI, NaCI и т.п. В эпоху около середины текущего столетия вес атома элементов послужил уже одним из признаков, по которым стали сличать сходственные элементы групп.
Другой из важнейших количественных признаков элементов представляет состав частиц высших соединений, им образуемых. Здесь более простоты и ясности, потому что Дальтонов закон кратных отношений (или простоты и цельности числа атомов, входящих в состав частиц) уже заставляет ждать только немногих чисел и разобраться в них было легче. Обобщение выразилось в учении об атомности элементов или их валентности. Водород есть элемент одноатомный, ибо дает по одному соединению HX с другими одноатомными же элементами, представителем которых считался хлор, образуя НСl. Кислород двуатомен, потому что дает H 2 O или соединяется вообще с двумя X, если под Х подразумевать одноатомные элементы. Так получают НСlO, Сl 2 О и т.д. В этом смысле азот считается трехатомным, так как дает NH 3 , NCl 3 ; углерод четырехатомным, потому что образует СН 4 , СО 2 и т.д. Сходные элементы одной группы, напр. галоиды, дают и сходные частицы соединений, т.е. имеют одну и ту же атомность. Через все это изучение элементов очень сильно двинулось вперед. Но было немало трудностей разного рода. Особую трудность представили соединения кислорода, как элемента двуатомного, способного замещать и удерживать X 2 , в силу чего совершенно понятно образование Cl 2 O, HClO и т.п. соединений с одноатомными элементами. Однако, тот же кислород дает не только НСlO, но и HClO 2 , НСlO 3 и НСlO 4 (хлорная кислота), точно также как не только H 2 O, но и H 2 O 2 (перекись водорода). Для объяснения пришлось признать, что кислород, в силу своей двуатомности, обладая двумя сродствами (как говорят), способен втиснуться в каждую частицу и встать между всякими двумя атомами, в нее входящими. Трудностей при этом получилось много, но остановимся на двух, по-моему, важнейших. Во-первых, оказалась как бы грань О 4 для числа кислородных атомов, входящих в частицу, а этой грани нельзя ждать на основании допущенного. При том, приближаясь к грани, получались часто соединения не менее, а более прочные, чего уже вовсе нельзя допустить при представлении о втиснутых атомах кислорода, так как чем более их взойдет, тем вероятнее было иметь непрочность связей. А между тем НСlO 4 прочнее НСlO 3 , эта последняя прочнее НСlO 2 и НСlO, тогда как НСl опять тело химически очень прочное. Грань же О 4 выступает в том, что водородным соединениям разной атомности:
НСl, H 2 S, Н 3 Р и H 4 Si
отвечают высшие кислородные кислоты:
НСlO 4 , H 2 SO 4 , Н 3 РО 4 и H 4 SiO 4 ,
в которых одинаково содержатся четыре атома кислорода. Из этого даже выходит тот неожиданный вывод, что считая Н - одно-, а О - двуатомными элементами, по кислороду способность к соединению выходит обратная, чем по водороду, т.е. по мере того как у элементов увеличивается свойство удерживать атомы водорода или возрастать в атомности, уменьшается способность удерживать кислород; хлор, так сказать, одноатомен по водороду и семиатомен по кислороду, а фосфор или аналогический с ним азот трехатомен в первом смысле, а во втором - пятиатомен, что видно и по другим соединениям, например NH 4 CI, POCl 3 , РСl 5 и т.п. Во-вторых, все, что знаем, явно указывает на глубочайшее различие в присоединении кислорода (втискивании его, судя по представлению об атомности элементов) в том случае, когда образуется перекись водорода, от того, когда происходит напр. из H 2 SO 4 (сернистая кисл.) серная кислота H 2 SO 4 , хотя H 2 O 2 отличается от Н 2 O точно также атомом кислорода, как H 2 SO 4 от H 2 SO 3 , и хотя раскислители в обоих случаях переводят высшую степень окисления в низшую. Разность в отношении к реакциям, свойственным H 2 O 2 и H 2 SO 4 , особенно выступает по той причине, что серной кислоте отвечает своя перекись (надсерная кислота, аналог которой надхромовая недавно изучена Wiede и содержит, по его данным, H 2 CrO 5), обладающая совокупностью свойств перекиси водорода. Значит, есть существенная разность в способе присоединения кислорода в «солеобразных» окислах и настоящих перекисях и, значит, простым втискиванием атомов кислорода между другими выражать все случаи присоединения кислорода недостаточно, а если выражать, то скорее всего это следует применять к перекисям, а не к образованию, так сказать, нормальных соединений кислорода, приближающихся к RH n О 4 , где n, число атомов водорода, не бывает более 4, как и число атомов кислорода в кислотах, содержащих один атом элементов R. Приняв сказанное во внимание и означая вообще через R атом элементов, вся совокупность сведений о солеобразных окислах приводится к тому выводу, что число самостоятельных форм или видов окислов очень не велико и ограничивается следующими восемью:
R 2 O 2 или RO, напр. CaO, FeO.
Эта стройность и простота форм окисления вовсе не вытекает из учения об атомности элементов в его обычной форме (при определении атомности по соединению с Н или Сl) и есть дело прямого сличения кислородных соединений самих по себе. Вообще учение о постоянной и неизменной атомности элементов заключает в себе трудности и несовершенства (не насыщенные соединения, подобные СО, пересыщенные, подобные JCl 3 , соед. с кристаллизационною водою и т.п.), но оно в двух отношениях имеет и поныне важное значение, а именно с ним достигнута простота и стройность выражения состава и строения сложных органических соединений, и в отношении к выражению аналогии сродственных элементов, так как атомность, по чему бы ее не считали (или состав частиц сходственных соединений), в таком случае оказывается одинаковою. Так напр. сходные между собою во многом ином галоиды или же металлы данной группы (щелочные, напр.) оказываются всегда обладающими одинаковою атомностью и образующими целые ряды сходных соединений, так что существование этого признака есть уже до некоторой степени указатель аналогии.
Чтобы не усложнять изложения, мы оставим перечисление других качественных и количественных свойств элементов (напр. изоморфизма, теплот соед., показ, преломления и т.п.) и прямо обратимся к изложению П. закона, для чего остановимся: 1) на сущности закона, 2) на его истории и приложении к изучению химии, 3) на его оправдании при помощи вновь открытых элементов, 4) на приложении его к определению величины атомных весов и 5) на некоторой неполноте существующих сведений.
Сущность П. законности. Так как из всех свойств химических элементов атомный их вес наиболее доступен для численной точности определения и для полной убедительности, то исходом для нахождения законности химических элементов всего естественнее положить веса атомов, тем более, что в весе (по закону сохранения масс) мы имеем дело с неуничтожаемым и важнейшим свойством всякой материи. Закон есть всегда соответствие переменных, как в алгебре функциональная их зависимость. Следовательно, имея для элементов атомный вес как одну переменную, для отыскания закона элементов следует брать иные свойства элементов, как другую переменную величину, и искать функциональной зависимости. Взяв многие свойства элементов, напр. их кислотность и основность, их способность соединяться с водородом или кислородом, их атомность или состав их соответственных соединений, теплоту, выделяемую при образовании соответственных, напр. хлористых соединений, даже их физические свойства в виде простых или сложных тел сходного состава и т.п., можно подметить периодическую последовательность в зависимости от величины атомного веса. Для того, чтобы это выяснить, приведем сперва простой список всех, хорошо ныне известных определений атомного веса элементов, руководясь недавним сводом, сделанным F.W. Clarke («Smithsonian Miscellaneous Collections», 1075: «A recalculation of the atomic weights», Вашингтон, 1897, стр. 34), так как его ныне должно считать наиболее достоверным и содержащим все лучшие и новейшие определения. При этом примем, вместе с большинством химиков, условно атомный вес кислорода равным 16. Подробное исследование «вероятных» погрешностей показывает, что примерно для половины приведенных результатов погрешность чисел менее 0,1%, но для остальных она доходит до нескольких десятых, а для иных, быть может, и до процентов. Все атомные веса приведены по порядку их величины.
Заключение
Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева имела громадное значение для естествознания и всей науки в целом. Она доказала, что человек способен проникнуть в тайны молекулярной структуры материи, а впоследствии – и в строении атомов. Благодаря успехам теоретической химии была совершена целая революция в промышленности, создано огромное количество новых материалов. Была наконец найдена взаимосвязь неорганической и органической химии – и в первой и во второй были обнаружены одни и те же химические элементы.
Тут один коллега посчитал, что Дмитрий Иванович Менделеев - "из раввинов". Мол, борода у него раввинская.
Странная ассоциация, хотя, да, борода на Карло-Марксовскую похожа, а тот действительно был внуком аж двух раввинов.
А лично меня со школы озадачивало явное несоответствие между делами Менделеева, его именем, внешностью с одной стороны и... чисто иудейской фамилией с другой! Посмотрите на портрет ниже: что же там семитского или иудейского? Русский мужик с... соколиным взором!
Спасибо коллеге evstoliya_3 , (некогда расфрендившей меня, скорее всего, за критику РПЦ ), которая ссылку на интересный материал о Дмитрии Ивановиче. Где, кстати, чётко объясняется и соколиный взгляд русского учёного.
А под Ярославлем, в селе Константиново, работает небольшой НПЗ (построенный моим прапрадедом Рагозиным Виктором Ивановичем). Там до сих пор сохранился интересный музей завода, где немало материалов посвящено периоду работы Менделеева в лаборатории предприятия . Есть и совершенно оригинальные материалы.
Музей же создан многолетними стараниями замечательной подвижницы в сохранении русской истории Галиной Владимировной Колесниченко . Которая отдала ему, фактически, всю свою трудовую жизнь. Также Галина Владимировна является автором интереснейшей монографии о русском олеонафте Викторе Ивановиче и вообще о роде Рагозиных. Почти 800 страниц, великолепное оформление, только тираж... сотня экземпляров (Братья Рагозины. Начало нефтяного дела России: Документальная биографическая повесть. — СПб.: Альфарет, 2009. — 756 с.).
А теперь - "".
*
Русскому человеку несвойственно размениваться на мелочи.
В чем уж тут дело - огромные ли пространства, зима ли по полгода, или отсутствие дорог, но именно в нашем отечестве граждане предпочитали замахиваться сразу на основы мироздания.
Казалось бы, калужскому учителю лучше было бы усовершенствовать слуховой аппарат, крайне ему необходимый, - так нет, Циолковский занялся межпланетными путешествиями и заселением других планет.
Прекрасный геохимик Вернадский - нет чтобы и дальше камешки изучать - придумал какой-то разумный слой на планете Земля, ноосферу. Буквально все события на Земле Чижевский объяснил влиянием Солнца.
Короче, не хочется в России копаться в мелочах, это пусть немец делает.
А у нас принято создавать всеобъемлющие - и чаще всего нелепые - теории при минимуме экспериментальных данных.
Но чудеса иногда случаются, попался бы только подходящий гений. Вот таким был Дмитрий Иванович Менделеев.
Все знают, что он открыл периодическую систему химических элементов.
Многие помнят, что он теоретически и практически обосновал оптимальную крепость водки. А ведь химии посвящены только около 9% из более 500 его научных работ.
А сколько ещё у этого гениального человека было увлечений, кроме науки!
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в селе Верхние Аремзяны неподалёку от Тобольска семнадцатым и последним ребёнком в семье Ивана Павловича Менделеева, в то время занимавшего должность директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа.
Дед Дмитрия по отцовской линии был священником и носил фамилию Соколов; фамилию Менделеев получил отец Дмитрия в духовном училище в виде прозвища, что соответствовало обычаям того времени.
Мать Менделеева происходила из старинного, но обедневшего купеческого рода Корнильевых.
Окончив гимназию в Тобольске в 1849 году, по территориальному признаку Менделеев мог поступать в России только в Казанский университет. Но он так и не стал учеником Н.Н.Зинина. Поскольку Московский и Петербургский университеты для него был закрыты, он поступил в Петербургский педагогический институт на отделение естественных наук физико-математического факультета.
И не прогадал. В нём преподавали выдающиеся учёные того времени - М.В.Остроградский (математика), Э.Х. Ленц (физика), А.Н. Савич (астрономия), А.А. Воскресенский (химия), М.С. Куторга (минералогия), Ф.И. Рупрехт (ботаника), Ф.Ф. Брандт (зоология).
Еще студентом в 1854 году Дмитрий Иванович проводит исследования и пишет статью «Об изоморфизме», где установил отношения между кристаллической формой и химическим составом соединений, а также зависимость свойств элементов от величины их атомных объёмов. В 1856 г. защищает диссертацию «Об удельных объемах», на степень магистра химии и физики.
В это время пишет об энантоловосернистой кислоте и о различии реакций замещения, соединения и разложения.
В 1859 г. Менделеев был командирован за границу. В Гейдельберге занимался капиллярностью жидкостей. Открыл в 1860 году «температуру абсолютного кипения жидкостей», или критическую температуру.
Вернувшись, в 1861 году издаёт первый русский учебник «Органическая химия». В 1865-1887 годах создал гидратную теорию растворов. Развил идеи о существовании соединений переменного состава. В 1865 г. купил имение Боблово, где проводил исследования по агрохимии и сельскому хозяйству.
В 1868 году вместе с Зининым и другими учёными стал основателем Русского физико-химического общества .
В 1869 году Дмитрий Иванович Менделеев совершает величайшее открытие в истории химии - создает знаменитую периодическую систему элементов . В 1871 году выходит его книга «Основы химии» - первое стройное изложение неорганической химии. Над новыми изданиями этой работы Менделеев работал до конца жизни.
О создании таблицы:
Он закупил штук семьдесят пустых визитных карточек и на каждой из них написал с одной стороны название элемента, а с другой - его атомный вес и формулы его важнейших соединений. После этого он уселся за большой квадратный стол и начал по-всякому раскладывать эти карточки. Сначала у него ничего не получалось.
Десятки и сотни раз он их раскладывал, перетасовывал и снова раскладывал. При этом, как он потом вспоминал, в его сознании всплывали какие-то новые закономерности, и он с хорошо знакомым ему волнением, предшествующим открытию, продолжал свое занятие.
Так он проводил целые часы и дни, запершись в своем кабинете. Благо, к тому времени он уже был женат на Анне Григорьевне, которая сумела создать ему наилучшие условия для творческих занятий.
Легенду о том, что идея периодической таблицы пришла к нему во сне, Менделеев придумал специально для настырных поклонников, не ведающих о том, что такое творческое озарение. На самом же деле его просто осенило. Иными словами, ему сразу и окончательно стало ясно, в каком порядке надо разложить карточки, чтобы каждый элемент занял подобающееему место, согласно законам природы.
В 1871-1875 годы Менделеев изучает свойства упругости и расширения газов, исследует нефтяные углеводороды и вопросы происхождения нефти, о чем пишет несколько работ. Посещает Кавказ. В 1876 году едет в Америку, в Пенсильванию, осматривать американские нефтяные месторождения. Работы Менделеева в плане изучения нефтедобычи имели большое значение для стремительно развивающейся в России нефтяной отрасли промышленности.
Результатом одного из модных тогда увлечений стало исследование «О спиритизме».
С 1880 г. он начал интересоваться искусством, особенно русским, собирает художественные коллекции, а в 1894 г. избирается действительным членом Императорской академии художеств. Его портрет рисует Репин.
С 1891 г. Менделеев становится редактором химико-технического и фабрично-заводского отдела Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона и многие из статей пишет сам. В качестве хобби Дмитрий Иванович делал чемоданы и сам себе шил одежду. Менделеев участвовал и в проектировании первого русского ледокола «Ермак».
В 1887 году Менделеев самостоятельно поднимается на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения. Полет был беспрецедентным и стал известен во всём мире. Вот как описывает этот случай Г.Чернеченко в номере 8 одной из газет от 19 августа 1999 года (статья так и называется: "Менделеев на воздушном шаре"):
В небольшом живописном имении Д.И. Менделеева Боблово готовились в "домашних" условиях наблюдать затмение солнца. И вдруг, когда до затмения оставалось немногим более недели, из Петербурга в Боблово пришла телеграмма. В ней Русское техническое общество извещало, что в Твери снаряжается воздушный шар для наблюдения затмения и что совет считает долгом заявить об этом, чтобы Менделеев в случае желания "лично мог воспользоваться поднятием шара для научных наблюдений".
Собственно ни сам полет, ни приглашение участвовать в нем не были для Менделеева большой неожиданностью. Лишь одно смущало великого химика: шар, наполненный светильным газом (другого в Твери не имелось), не мог подняться выше двух верст, и, значит, остался бы в плену облаков. Нужен был шар наполненный легким водородом Об этом он и сообщил в срочной телеграмме, ушедшей из Боблово в столицу.
Светало. Было пасмурно, накрапывал дождь. На пустыре между линией железной дороги и станцией покачивался шар, окруженный загородкой из жердей. Рядом вздымалась газодобывательная установка, у которой орудовали солдаты в прожженных кислотой рубахах.
"Ждали профессора Менделеева. В 6 часов 25 минут раздались аплодисменты, и из толпы к шару вышел высокого роста, немного сутулый, с лежащими по плечам волосами с проседью и длинной бородой человек. Это был профессор", - рассказывал читателям "Русских ведомостей" Владимир Гиляровский.
Минута затмения приближалась. Последние прощания. Высокий, стройный Кованько уже в корзине. Туда же с трудом пробирается сквозь паутину веревок Менделеев в коричневом пальто и охотничьих сапогах.
"В первый раз я входил в корзину шара, хотя, правда, однажды поднимался в Париже на привязном аэростате. Теперь мы оба были на месте", - рассказывал позже ученый
Дальнейшие события разыгрались в считанные секунды. Все вдруг увидели, как Менделеев что-то сказал своему спутнику, как Кованько выпрыгнул из корзины, и шар медленно пошел вверх. За борт полетел табурет и доска, служившая столом. Как назло отсыревший балласт превратился в плотный комок. Опустившись на дно корзины, Менделеев обеими руками выкидывал вниз мокрый песок.
Неожиданный полет Менделеева одного, исчезновение шара в облаках и вдруг нахлынувший мрак, по словам Гиляровского, "удручающе подействовали на всех, как-то жутко стало". Анну Ивановну увезли домой, в имение, оцепеневшую от ужаса. Тягостная атмосфера усилилась, когда в Клину была получена посланная кем-то невразумительная телеграмма: "Шар видели - Менделеева нет".
Между тем полет прошел успешно. Шар поднялся на высоту более трех километров, пробил облака, и Менделеев успел понаблюдать за полной фазой затмения. Правда, перед спуском ученому пришлось проявить не только бесстрашие, но и ловкость. Запуталась веревка, идущая от газового клапана. Менделеев взобрался на борт корзины и так, вися над пропастью, распутал клапанную веревку.
Шар благополучно опустился в Калязинском уезде Тверской губернии, крестьяне проводили Менделеева к соседнему поместью.
Весть о необычайно смелом полете русского профессора вскоре стала известна всему миру.
Французская Академия метеорологического воздухоплавания присудила Менделееву диплом «За проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения».
В 1888 году он по заданию правительства изучал в Донецкой области причины кризиса каменноугольной промышленности. Его работы «Письма о заводах», «Толковый тариф» содержали важные экономические предложения.
В 1890-1895 был консультантом Научно-технической лаборатории Морского министерства. В 1892 организовал производство изобретенного им бездымного пороха.
В 1892 году Менделеев назначается учёным-хранителем Депо образцовых гирь и весов. С 1893 года по его инициативе оно становится Главной палатой мер и весов. Сейчас это ВНИИ метрологии им. Д.И. Менделеева. В результате уже в 1899 г. в России был введен новый закон о мерах и весах, что способствовало развитию промышленности.
На один из юбилеев Дмитрию Ивановичу подарили драгоценные, изготовленные из чистого алюминия химические весы - электрохимический способ получения этого дешевого металла был тогда неизвестен, хотя в работах Менделеева есть указание и на эту технологию.
Американские физики синтезировали 101-й элемент таблицы и назвали его менделевием, на Земле есть минерал имени Менделеева, вулкан и подводный горный хребет Менделеева, а на обратной стороне Луны - кратер Менделеева.
Анекдоты рассказывают только про великих
Сложилась целая серия анекдотов про Дмитрия Ивановича Менделеева. Какие-то истории действительно происходили, а какие-то явно придуманы.
Например, есть история про посещение лаборатории Менделеева одним из великих князей. Знаменитый химик, дабы указать на бедственное положение лаборатории и выбить деньжат для исследований, велел завалить коридор, по которому должен был идти князь, всякой рухлядью и досками от забора. Проникшийся князь какие-то средства отпустил.
Другая, ставшая классической, история связана с хобби Менделеева - изготовлением чемоданов. Однажды извозчик с седоком в пролетке вдруг приподнялся с места, поклонился и приподнял шапку перед каким-то прохожим. Удивленный седок спросил: "Кто это?" - "О! - ответил извозчик. - Это известный чемоданных дел мастер Менделеев! " Надо отметить, что все это происходило, когда Дмитрий Иванович был уже всемирно признанным великим ученым.
А однажды в практически аналогичных обстоятельствах извозчик уважительно сообщил седоку, что это химик Менделеев. "Почему же его не арестовывают?" - удивился седок. Дело в том, что в те годы слово "химик" было синонимом слова "жулик".
Легенда о изобретении водки
Дмитрий Менделеев в 1865 году защитил докторскую диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», нисколько с водкой не связанную. Менделеев, вопреки сложившейся легенде, водку не изобретал; она существовала задолго до него.
На этикетке «Русского стандарта» написано, что данная водка «соответствует стандарту русской водки высшего качества, утверждённому царской правительственной комиссией во главе с Д. И. Менделеевым в 1894 году». С именем Менделеева связывают выбор для водки крепости в 40°. Согласно информации «Музея Водки» в Санкт-Петербурге, Менделеев считал идеальной крепостью водки 38°, но это число было округлено до 40, для упрощения расчёта налога на алкоголь.
Однако в трудах Менделеева отыскать обоснование этого выбора не удаётся. Диссертация Менделеева, посвящённая свойствам смесей спирта и воды, никак не выделяет 40° или 38°. «Царская правительственная комиссия» никак не могла установить данный стандарт водки уже хотя бы потому, что эта организация — Комиссия для изыскания способов к упорядочению производства и торгового обращения напитков, содержащих в себе алкоголь, — была образована по предложению С. Ю. Витте только в 1895 году. Причём Менделеев выступал на её заседаниях в самом конце года и только по вопросу об акцизах.
Откуда же взялся 1894-й год? По-видимому, из статьи историка Вильяма Похлёбкина, который написал, что «спустя 30 лет после написания диссертации… соглашается войти в комиссию». Изготовители «Русского стандарта» прибавили метафорические 30 к 1864 году и получили искомую величину.
Водка крепостью в 40° получила широкое распространение уже в XVI веке. Она называлась полугар, поскольку при сжигании её объём уменьшался вдвое. Таким образом, проверка качества водки была проста и общедоступна, что и стало причиной её популярности.
«Я и сам удивляюсь, - писал в конце жизни Менделеев, - чего я только не делывал на своей жизни. И сделано, я думаю, недурно». Он был членом почти всех академий и почетным членом более 100 ученых обществ.
Менделеев провёл и опубликовал фундаментальные исследования по химии, химической технологии, педагогике, физике, минералогии, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике. Все его работы были тесно связанны с потребностями развития производительных сил в России.
В начале XX века, Менделеев, отмечая, что население Российской империи за последние сорок лет удвоилось, вычислил, что к 2050 году её численность достигнет 800 млн. человек.
В январе 1907 года сам Д. И. Менделеев сильно простудился, показывая Палату мер и весов новому министру промышленности и торговли Философову.
Сначала был поставлен диагноз сухой плеврит, затем врач Яновский нашел у Дмитрия Ивановича воспаление легких. 19 января, в 5 часов не стало великого российского химика. Он был похоронен рядом со своим сыном на Волковском кладбище в Петербурге. Он купил для себя это место вскоре после смерти сына, оно находилось близ могилы матери Д. И. Менделеева.
«Менделеев... совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Леверье, вычислившего орбиту еще неизвестной планеты - Нептун».
Ф. ЭНГЕЛЬС
Был или не был порядок?
о второй половине прошлого века наука какому пила уже довольно много сведений о поведении ЩЖ атомов. Стали понятными закономерности превращений элементов. Еще великий русский ученый М. В. Ломоносов утверждал, что природа не есть хаотическое нагромождение процессов: в ней проявляются определенные закономерности. Понять и использовать эти закономерности - вот задача науки.
Это высказывание Ломоносова с каждым десятилетием все больше и больше подтверждалось. Особенно хорошо ею подтвердила теория Дальтона, развитая Авогадро и Берцелиусом. Благодаря работам этих ученых никто уже не сомневался в том, что все многообразие превращений и свойств веществ зависит от поведения мельчайших частиц - атомов.
Уже были известны десятки химических элементов и точно установлено, что из этих элементов, атомы которых комбинируются при химических реакциях определенным образом, получаются все остальные вещества.
Но тем не менее оставалось неясным: почему одни элементы ведут себя так, другие иначе? Почему некоторые элементы проявляют примерно одинаковые свойства, а их атомные веса сильно отличаются? Почему одни тяжелее, а другие легче? И таких «почему» было много.
Не было еще настоящего порядка в мире веществ. Вернее, порядок-то был,- это еще Ломоносов предсказывал,- но какой он, в чем заключаются закономерности этого порядка - было неясно.
Мартовская сенсация
Это случилось 6 марта 1869 г. В тот день в Петербургском университете происходило заседание русского физико-химического общества. Виднейшие русские ученые, присутствовавшие на заседании, уже знали приблизительно о теме сообщения, которое будет сделано на заседании. Автором этого сообщения был молодой талантливый профессор кафедры неорганической химии Петербургского университета Дмитрий Иванович Менделеев.
Еще в январе 1869 г. многие из ученых, присутствовавшие на этом заседании, получили листок, озаглавленный «Опыт системы элементов, основанный на их атомном и химическом сходстве».
На листке были выписаны обозначения химических элементов. Их тогда было известно 63. Ученые обратили внимание, что химические элементы в этой небольшой табличке располагаются по порядку возрастания атомных весов. Но далеко не все тогда поняли, что в этом-то и заключается великий смысл коротенькой записки Менделеева.
Но то, что они услышали на заседании, было огромной сенсацией. Правда, самого Менделеева на заседании не было. В тот день он болел. От его имени сообщение сделал профессор Н. А. Меншуткин. Сообщение называлось «Соотношение свойств с атомным весом элементов». То, о чем рассказывалось в сообщении, было великим открытием, оказавшим огромное влияние на науку. После открытия Менделеева началась новая эпоха в развитии науки - эпоха атомной науки. И вот почему.
Можно ли случайно сделать великое открытие?
Когда Менделеев сообщил о взаимосвязи между свойствами элементов и их атомными весами, ему было 35 лет. Он был уже довольно известным в то время ученым-химиком, прекрасно разбирался в тонкостях химических превращений элементов, особенностях протекания реакций. В 1867 г.
Дмитрий Иванович Менделеев.
Менделеев начал писать книгу «Основы химии». И чем дальше продвигалась работа, чем больше он думал об изложении материала книги, тем больше чувствовал какую-то неудовлетворенность.
Он видел, что многочисленные химические реакции, свойства элементов и многое другое не объединены единым смыслом, единым «стержнем». Чего-то не хватало.
Постепенно он все чаще и чаще начинал задумываться: нет ли закономерности между атомными весами элементов и их свойствами? Для того чтобы нагляднее выявить эту закономерность, Менделеев написал на отдельных карточках названия элементов, их атомный вес и основные химические свойства. После этого он стал раскладывать карточки в определенном порядке по возрастанию атомных весов элементов.
На первом месте оказался водород. Его атомный вес равен единице. За ним следовали другие элементы. Получилась цепочка из 63 карточек (по числу известных тогда элементов). Ну и что же? Никакой закономерности. А если подобрать колонки элементов, образующих одинаковые соединения с кислородом, и распределить их так, чтобы в строчках карточек элементы располагались по порядку атомных весов? Менделеев это сделал, и ему стало видно, что элементы с одинаковыми химическими свойствами группируются в определенной последовательности.
Пришлось еще много раз анализировать, группировать, изучать расположение элементов, но уже теперь было ясно: химические свойства элементов, расположенных по мере возрастания атомных весов, повторяются! Так был открыт периодический закон элементов.
И, конечно, это не случайное открытие. Только огромные знания, опыт и хорошо развитое чувство научного предвидения позволили Менделееву установить, что атомный вес является основной характеристикой, отражающей все многообразие свойств элементов.
Первые результаты
Из 63 карточек, которые раскладывал Менделеев, девять не соответствовали закономерности таблицы. В чем дело? Значит, закон неправилен? Нет, Менделеев твердо верил в силу закона и не сомневался в его правильности. Раз карточки выпадают из общей закономерности, значит, атомные веса у этих элементов были определены неправильно. Значит, эти элементы нужно поставить туда, где располагаются элементы, сходные с ними по химическим свойствам. Зная атомные веса соседних, можно получить атомный вес и этих, «не подчиняющихся» закону элементов. Так были исправлены атомные веса бериллия, индия, тория, урана. Правда, Менделеев это сделал не сразу, а спустя некоторое время после своего сообщения, когда он продолжал усовершенствование таблицы. Проделанные потом более точные опыты позволили ученым убедиться, что, действительно, первоначально определенные атомные веса элементов оказались неправильными. Их атомные веса в точности соответствовали весам, предсказанным Менделеевым.
Но это не все. Когда Менделеев составлял таблицу, некоторые места в ней оказались незаполненными. Убежденный в правильности открытого им периодического закона, Менделеев смело предположил, что здесь должны находиться еще не открытые элементы. Он назвал их экабор, экасилиций и экаалюминий (приставка «эка» обозначала, что этот элемент похож на бор, силиций или алюминий) и утверждал, что такие элементы должны существовать.
И действительно, в августе 1875 г. был открыт новый элемент - галлий Когда определили его свойства, то оказалось что это и есть предсказанный Менделеевым экаалю- миний Через четыре года нашли еще один элемент, предсказанный Менделеевым и названный им экабором. Его назвали скандий. Еще через семь лет нашли и третий элемент - экасилиций. Он получил имя германий.
Так блестяще подтвердилась правильность закона, открытого Менделеевым
Мысли Менделеева о структуре атома
Менделеев был химик. А для химика главным является химическая индивидуальность элементов. Великая заслуга Менделеева заключается в том, что он впервые установил носителей этой индивидуальности - атомы. Он подчеркивал, что атомы неделимы в химическом смысле, «подобно тому, как при рассмотрении людьми отношений между ними человек есть неделимая единица».
Но эта индивидуальность атомов, как учил Менделеев, объясняется их глубокой и сложной структурой «внутренних движений». Другими словами, ученый считал понятие «движение» неразрывно связанным с понятием «материя»; Менделеев считал что «мир атомов устроен так же, как мир небесных светил, со своими солнцами, планетами и спутниками».
Более того, Менделеев сделал очень смелое предположение о том, что при образовании атомов должна выделяться энергия, изменяться их вес. Дальнейшее развитие науки это подтвердило и именно тогда, когда ученым стали известны первые ядерные реакции.
Глава 3. Строение атома Радиоактивность Блестящая серия физических открытий в последнее десятилетие XIX века поистине явилась началом научной революции. Прологом к ней послужило открытие, сделанное в 1896 году французским физиком Антуаном Анри Беккерелем, который
Из книги Атомная энергия для военных целей автора Смит Генри ДеволфРАДИОАКТИВНОСТЬ И СТРОЕНИЕ АТОМА 1.6. Явления радиоактивности, открытые А. Беккерелем в 1896 г. и вслед затем изучавшиеся Пьером и Марией Кюри, Э. Резерфордом и многими другими, сыграли ведущую роль в открытии общих законов строения атома и в подтверждении эквивалентности
Из книги Курс истории физики автора Степанович Кудрявцев ПавелМодели атома до Бора Развитие исследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории - с другой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда - Бора. Но созданию этой модели предшествовали попытки построить модель атома на основе
Из книги E=mc2 [Биография самого знаменитого уравнения мира] автора Боданис ДэвидГлава 8. Внутри атома Университетских студентов 1900 года учили тому, что обычное вещество - то, из которого состоят кирпичи, сталь, уран и все прочее, - и само состоит из мельчайших частиц, именуемых атомами. Однако, из чего состоят атомы, этого не знал никто. Общее мнение
Из книги Куда течет река времени автора Новиков Игорь ДмитриевичПЕРВЫЕ МЫСЛИ О ВРЕМЕНИ С давних пор, когда я начал читать популярные книги по физике, мне казалось само собой очевидным, что время - это пустая длительность, текущая как река, увлекающая своим течением все события без исключения. Она неизменно и неотвратимо течет в одном
Из книги О чем рассказывает свет автора Суворов Сергей ГеоргиевичСпектрограф подтверждает предсказания Менделеева В эти же годы великий русский ученый Д. И. Менделеев (1834-1907) изучал связь химических свойств элементов с их атомными весами. Он нашел, что если расположить все элементы в один ряд по возрастающим весам их атомов, начиная с
Из книги История лазера автора Бертолотти МариоКакова структура атома Модель атома водорода В 1913 году датский физик Нильс Бор (1885-1962) попытался нарисовать наглядную картину: как может быть построен атом из положительного ядра и электронов и при каких условиях он излучает свет. Физики называют такую наглядную
Из книги Атомная проблема автора Рэн ФилиппМодель атома водорода В 1913 году датский физик Нильс Бор (1885-1962) попытался нарисовать наглядную картину: как может быть построен атом из положительного ядра и электронов и при каких условиях он излучает свет. Физики называют такую наглядную картину моделью атома.Задача
Из книги Новый ум короля [О компьютерах, мышлении и законах физики] автора Пенроуз РоджерТочное место элементов в таблице Менделеева Некоторые химические элементы стоят в таблице Менделеева не в порядке возрастания атомных весов. Таковы три группы элементов: № 18 - аргон (атомный вес 39,9) и № 19 - калий (атомный вес его меньше - 39,1), далее № 27 - кобальт (атомный
Из книги Научные идеи А.Д. Сахарова сегодня автора Альтшулер Борис ЛьвовичПервая модель атома В заключение, мы можем сказать, что в первые годы XX в. был дан первый, может быть не полный, ответ на вопрос как излучается свет, а атомы с их электрическими зарядами были сочтены ответственными за это. Однако, как устроены атомы и, соответственно, каковы
Некоторые мысли на прощание Каждый раз, пересматривая «Интерстеллар» или пролистывая рукопись этой книги, я поражаюсь огромному разнообразию и красоте научных концепций, которые в них содержатся.И больше всего волнует меня оптимистичный посыл, заложенный
Представляем вашему вниманию очередной материал нашей серии «Жизнь замечательных умов».
На очередном заседании Русского химического общества, проходившем 6 марта 1869 года, Дмитрий Иванович Менделеев не присутствовал. Его совершенно неожиданно вызвали на один из недавно открытых химических заводов. Поэтому его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» прочитал его друг, первый редактор журнала РХО Николай Александрович Меншуткин. Собравшиеся ученые спокойно выслушали докладчика, вежливо похлопали ему и не спеша разошлись. Все было так, как будто ничего не произошло, и мир после этого доклада остался таким же, каким и был до него.
Сейчас даже школьники знают, что Менделеев увидел свою периодическую таблицу во сне . И нельзя сказать, что эта информация не соответствует истине. По крайней мере, сам ученый рассказывал о том, как после трех суток мучительных рассуждений он забылся сном. И вдруг: «Ясно вижу во сне таблицу, где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги и заснул опять. Только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Позже, когда значение сделанного открытия стало ясно всем образованным людям, падкие на сенсации журналисты растрезвонили об этом по всему миру. Вот, дескать, как получаются великие теории: лег человек, заснул, что-то там себе увидел и проснулся уже великим открывателем. Наконец, в ответ на очередную просьбу рассказать, как это так можно разглядеть такую полезную вещь, как «Периодическая таблица» в сновидении, на этот раз — от репортера «Петербургского листка», ученый не выдержал, взорвался: «…Не пятак за строчку (стандартный газетный гонорар, - В.Ч.)! Не так, как вы! Я над ней, может, двадцать пять лет думал, а вы полагаете: сидел, и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку, и готово… !»
Эта история о внезапном «сонном прозрении» была лишь одной из немногих легенд, какие народная, писательская и газетная молва связали с именем великого ученого. Всего же их была великая масса.
Хотя Дмитрий Иванович и родился в культурной семье с древними традициями, фамилию его древней назвать никак нельзя. Дед его, сельский приходской священник Павел Максимович был Соколовым. И только один из четверых сыновей, Тимофей, остался на его фамилии, остальным троим, по обычаям духовенства того времени, после окончания семинарии фамилии были даны другие. Первый, Александр, по названию села, где служил отец, стал Тихомандрицким, второй, Василий, по названию прихода — Покровским, а третьему, Ивану, дали фамилию соседей и постоянных прихожан Соколовых — помещиков Менделеевых. Окончив духовную школу Иван пошел по светской линии, отучился на филологическом отделении Санкт-Петербургского Главного педагогического института, ставшего позже Государственным университетом, после чего был определен «учителем философии, изящных искусств и политической экономии» в Тобольск. Уже там он женился на купеческой дочке Марии Дмитриевне Корнильевой, родившей ему 17 детей. Семнадцатым, «последышем», 27 января 1834 года как раз и стал Дмитрий. Хотя, если считать по-другому, то он был девятым, поскольку восемь умерли в младенчестве.
К тому времени семья Менделеевых достигла пика своего экономического благополучия: Иван Павлович был уже директором Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. Но благополучие это рухнуло моментально. В том же 1834 году отец Дмитрия из-за катаракты ослеп и ушел на пенсию, размер которой был крайне невелик.
Тут, как нельзя кстати, пригодилась предпринимательская хватка матери Менделеева, доставшаяся ей от отца. Она перевезла семью в село Аремзянское, где у ее брата был небольшой стекольный завод. Брат постоянно проживал в Москве, а заботы по управлению предприятием целиком доверил Марии. В 1841 году Митю отдали в Тобольскую гимназию. С этим периодом связана еще одна широко известная легенда, которой часто утешаются двоечники. Всем известно, что Митю Менделеева, в будущем — гениального ученого, в гимназии оставляли на второй год. Это было действительно так, только вот оставляли его не из-за плохой успеваемости, а потому, что отдали его туда не в 8 лет, как было положено, а в 7. Как раз с тем условием, что он будет учиться в первом классе два года кряду.
В 1847 году Иван Павлович умер, и дальше все заботы по обеспечению немаленькой семьи легли целиком на плечи Марии Дмитриевне. Всем детям она постаралась дать по возможности хорошее образование, а когда последний, Дима, окончил гимназию, завершила все свои «стекольные дела», продала все, что было в Тобольске и вместе с сыном и младшей дочерью переехала в Санкт-Петербург. Где по ее настойчивому ходатайству Дмитрия зачислили в тот же Педагогический институт, который заканчивал отец, только на физико-математический факультет. Однако большее предпочтение молодой студент отдавал, как можно уже догадаться, химии и минералогии, преподавали которые известные профессора «дедушка русской химии» Александр Воскресенский и Степан Куторга. Под их руководством он в 1854 году опубликовал первую свою серьезную работу «Химический анализ ортита из Финляндии».
Через год Менделеев окончил институт с золотой медалью, получил титул «Старший учитель» и уехал преподавать из холодного Петербурга в теплую Одессу , где год проработал в Ришельевском лицее. Однако здесь он не столько преподавал, сколько занимался магистерской диссертацией на тему «Строение кремнезёмных соединений», которую и защитил уже в 1856 году. Диссертация имела успех, по результатам защиты Менделеев получил ученую степень магистра и должность приват-доцента при Петербургском университете.
В 1859 году «для усовершенствования в науках» молодой перспективный химик был командирован в немецкий Гейдельберг, где два года изучал взаимосвязь химических и физических свойств веществ. В этой области ему удалось, в частности, доказать, что существует максимальная температура, при которой любые вещества могут находиться только в газообразном состоянии. Возвратившись в Петербург он вскоре написал и издал замечательный учебник по органической химии, принесший ему немалую известность в просвещенных кругах.
Весной 1863 года он женился на падчерице известного писателя, автора «Конька-Горбунка» Петра Ершова, кстати, преподававшего ему в гимназии литературу, Феозве Никитичне Лещевой. Она была на 6 лет старше супруга и принесла ему трех детей. Тогда же ему за «Органическую химию» была присуждена очень даже приличная Демидовская премия, а чуть позже он заступил на должность штатного доцента кафедры органической химии Петербургского университета с солидным окладом 1200 рублей в год. При этом он одновременно получил место профессора и - уже как профессор - квартиру при институте. Таким образом, все материальные проблемы, терзавшие молодые семьи, были в основном сняты и ученый мог с чистым сердцем отдаться химическим исследованиям.
Больше года он занимался изучением спиртоводной смеси и в итоге пришел к выводу, что самую большую плотность имеет раствор, в котором на три молекулы H2O приходится одна C2H5OH. В 1865 году он защитил докторскую диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою». Из нее органически вытекает еще одна легенда, утверждающая, что именно Менделеев изобрел русскую водку . В легенде даже говорится, что «в своей диссертации Дмитрий Иванович убедительно доказал, что оптимальной крепостью «живительной воды» является 38 градусов, которые царское правительство округлило до 40». Но сколько бы мы эту диссертацию не перечитывали, ни одного слова о любимом в народе напитке мы в ней не найдем. На самом деле, крепость 40 градусов российское правительство установило для удобства расчета акцизов, взимавшихся с каждого градуса, еще в 1843 году, когда Менделееву едва исполнилось 9 лет. А 38 градусов были нижним пределом, за которыми начинались штрафные санкции за недоброкачественную продукцию.
Вскоре после защиты Менделеев уже стал ординарным профессором Университета. Вот тогда-то, работая над новым учебником по неорганической химии, он и задумался над тем, как связаны атомный вес химических элементов и прочие их свойства. Для ясности он завел на каждый элемент отдельную карточку, на которую заносил о нем краткую информацию. Пачку этих карточек ученый все время носил с собой и часто перебирал их, раскладывая наподобие хитрого карточного пасьянса. Который у него и сложился к февралю 1869 года.
Правда, сложился не совсем. Некоторые элементы не вполне соответствовали месту, на которое их укладывал ученый. Кроме того, в получившейся таблице были три «дырки». Которые Менделеев «заполнил» тремя выдуманными элементами - «эка-бором», «эка-кремнием» и «эка-алюминием». Все это позволило некоторым его коллегам обвинить химика в подтасовках и подтягивании науки под свою «смехотворную теорию». Созданная Менделеевым «Периодическая система» по-настоящему «выстрелила» только в 1875 году, когда французский химик Лекок де Буабодран сообщил об открытии им нового элемента - галлия с удельным весом 4,7. Менделеев заметил тогда, что этот элемент почти идеально подходит на место «эка-алюминия», с той только разницей, что у последнего рассчитанный вес был в районе 5,9. Ученый сообщил об этом французскому коллеге, тот провел более точные эксперименты и выяснил, что реальный вес галлия - 5,94. После этого имена обоих химиков прогремели по всему миру, а ученые бросились лихорадочно уточнять старые данные, которые все больше соответствовали тому, что давала таблица, и искать предсказанные элементы. В 1879 году был открыт «эка-бор» - «скандий», а в 1885 и «эка-кремний», - «германий». Все эти элементы в точности соответствовали тому, что для них было предсказано новой теорией. Которая к тому времени уже стала общепризнанной.
Но, на фоне такого впечатляющего научного успеха, личная жизнь ученого терпела все более явное фиаско. Отношения с женой, и до того бывшие неважными, к концу 1870-х годов у Дмитрия Ивановича окончательно расстроились. Зато на старом пепелище разгорелось пламя настоящего любовного пожара. Виною которому была часто бывавшая в доме дочь казака из Урюпинска Анна Ивановна Попова. К ее чести стоит сказать, что дама вовсе не стремилась разрушать ячейку общества. Как только Анна поняла, насколько далеко зашли чувства Дмитрия, она попыталась все свернуть, для чего просто уехала из Петербурга в Италию. Однако все было слишком серьезно и, узнав о бегстве возлюбленной, ученый быстро собрал вещи и бросился в погоню. Уже через месяц он привез Анну Ивановну обратно в Петербург, а вскоре они создали новую семью . За более чем 20 лет супружества Анна принесла мужу еще четверых детей.
Не стоит думать, что Менделеев занимался одной лишь химией. Напротив, сейчас сложно найти область, в которой он не проявил бы себя блестящим специалистом. В Императорской Академии Наук он числился по разделу «физический». Среди российских нефтяников он считался самым главным специалистом, предложившим проекты первых нефтепроводов и нефтекачалок. В 1879 году он разработал технологические схемы для первого российского завода по производству машинного масла.
В 1875 Менделеев рассчитал проект стратостата с герметичной кабиной для подъема в верхние слои атмосферы. А летом 1887 года он сам, в качестве аэронавта, поднялся над облаками в корзине наполненного водородом воздушного шара, дабы наблюдать солнечное затмение. Это был настоящий подвиг, ибо ученый до того вообще не имел опыта воздухоплавания. Управлять шаром должен был профессиональный пилот, Александр Кованько, однако накануне прошел дождь, шар намок, отяжелел и не мог поднять двух человек. После чего ученый и высадил Кованько из гондолы, заявив, что управится с шаром сам. Под его управлением аэростат поднялся на высоту почти 4 километра и пролетел более 100 километров, после чего Менделеев совершил вполне удачную посадку. Сам он писал об этом случае: «...Немалую роль в моём решении играло... то соображение, что о нас, профессорах и вообще учёных, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того чтобы делать дело, а иначе у нас всё из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение, быть может, справедливое в каких-то других отношениях, несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые всю жизнь проводят в лаборатории, на экскурсиях и вообще в исследованиях природы. Мы непременно должны уметь владеть практикой, и мне казалось, что это полезно демонстрировать так, чтобы всем стала когда-нибудь известна правда вместо предрассудка. Здесь же для этого представлялся отличный случай». За этот полет ученый был удостоен особой медали от Академии аэростатической метеорологии.
В середине 1870-х Дмитрий Менделеев состоял в комиссии по рассмотрению медиумных явлений. Сейчас бы ее назвали «комиссией по борьбе с лженаукой». Вместе с другими известными учеными он достаточно успешно разоблачал махинации самых различных медиумов.
В конце 1870-х ученый увлекся судостроением и составил проект «опытового бассейна для испытания судов». А в конце 1890-х его включили в состав комиссии по постройке первого в мире арктического ледокола. Ледокольное судно «Ермак» было спущено на воду в 1898 году.
Став в 1892 году ученым-хранителем Главной палаты мер и весов, он сконструировал сверхточные весы для взвешивания газообразных и твёрдых веществ. Как замечательный экономист он в конце столетия консультировал министра финансов графа Витте по вопросу акцизов и нового таможенного права . В своих работах, посвященных демографии, Менделеев писал: «Высшая цель политики яснее всего выражается в выработке условий для размножения людского». Кстати, по его подсчетам, к середине XX века население России должно было составлять 800 миллионов человек.
Наконец, еще одна распространенная легенда утверждает, что Менделеев был мастером чемоданного дела и в свободное время любил сотворить пару новых чемоданов. И хотя ни одного чемодана нам от него не осталось, однако у этой легенды есть какое-никакое, а основание. Дело в том, что в молодости, в пору, когда с работой и с деньгами было туговато, он и вправду научился азам переплетного и картонажного мастерства и часто сам делал для собственных нужд папки и переплеты. Смастерил даже как-то, уже будучи серьезным ученым, маленькую, но прочную картонную скамеечку, сохранившуюся доныне. Материалы для этого ученый покупал в Гостином дворе. Тут-то он однажды и услышал за спиной приглушенный диалог: «Кто этот почтенный господин?» — «Неужели не знаете? Это же известный чемоданных дел мастер Менделеев». Ученый имел неосторожность рассказать об этом анекдоте друзьям, те поведали знакомым, и байка про «великого чемоданного мастера», в несколько измененном виде, пошла гулять по страницам газет и по умам обывателей.
А вот последняя легенда - о том, что великому химику не дали нобелевскую премию из-за конфликта с семейством Нобелей - может оказаться правдой , хотя никаких документальных свидетельство этого у нас нет. Ученый выдвигался на премию три года подряд - в 1905, 1906 и 1907 годах. В первый раз его обошел немецкий химик-органик Адольф Байер.
В 1906 году нобелевский комитет уже присудил Менделееву премию, но Шведская королевская академия наук отменила это решение. И вот тут, вполне возможно, сказалось лоббирование племянника бездетного Альфреда Нобеля и главного его наследника, Эмануэля, возглавлявшего тогда крупнейшую российскую нефтяную корпорацию «Товарищество братьев Нобель». Известно, что Менделеев открыто критиковал Нобелей и обвинял их в хищническом отношении к российской нефти. Поэтому, чисто теоретически, Эмануэль, имевший в нобелевских кругах определенный вес, мог влиять на судьбу премии. Однако это представляется маловероятным: не таким злопамятным был русский швед Эмануэль Нобель. И ему мы не в последнюю очередь обязаны самим существованием премии. Поскольку завещание, в котором о ней говорилось, составлено было дядюшкой с грубейшими нарушениями и вполне могло быть Эмануэлем опротестовано в свою пользу. Однако молодой Нобель его признал, чем чуть было не поставил семейную компанию, в которой Альфреду принадлежала треть активов, на грань разорения.
Наконец, было принято твердое решение о присуждении в 1907 году «нобелевки» русскому химику. Однако, по завещанию, вручить ее можно было только ныне живущему ученому. А Дмитрий Иванович Менделеев 20 января 1907 года скончался.
Его именем сегодня названы город, поселки, железнодорожные станции, станции метро, вулкан, горный пик, ледник, лунный кратер, астероид, его имя носят институты, школы, научные и ненаучные организации, общества, съезды, журналы, заводы и фабрики. А в 1955 году американские ученые внесли его имя и в созданную им «Периодическую таблицу». Открытый ими 101 элемент Альфред Гиорсо, Беруэлл Харви, Грегори Чоппин и Стенли Томпсон решили назвать в честь легендарного русского ученого «Менделеевий».
#ДмитрийМенделеев
#история #великийроссиянин #Менделеев #химия #образованиеДмитрий Иванович Менделеев родился в феврале 1834 г. в городе Тобольске, в семье директора местной гимназии. Его отец в год рождения Дмитрия ослеп на оба глаза и должен был в связи с этим оставить службу и перейти на скудную пенсию. Воспитание детей и все заботы о многочисленной семье целиком легли на плечи матери - Марии Дмитриевны, энергичной и умной женщины, которая для улучшения материального положения семьи взяла на себя управление стекольной фабрикой своего брата в 25 км от Тобольска. В 1848 г. стекольный завод сгорел, и Менделеевы переехали в Москву к брату матери. В 1850 г. после долгих хлопот Дмитрий Иванович поступил на физико-математический факультет Петербургского педагогического института. В 1855 г. он окончил его с золотой медалью и был направлен учителем гимназии сначала в Симферополь, а потом в Одессу. Однако в этой должности Менделеев пробыл совсем не долго.
Уже в 1856 г. он отправился в Петербург и защитил магистерскую диссертацию на тему «Об удельных объемах», после чего в начале 1857 г. был принят приват-доцентом по кафедре химии в Петербургский университет. 1859 - 1861 гг. он провел в научной командировке в Германии, в Гейдельбергском университете, где ему посчастливилось работать под руководством выдающихся ученых Бунзена и Кирхгофа. В 1860 г. Менделеев участвовал в работе первого международного химического конгресса в Карлсруэ. Здесь его горячо заинтересовал доклад итальянского химика Канниццаро. «Решающим моментом в развитии моей мысли о периодическом законе, - рассказывал он много дет спустя, - я считаю 1860 г., съезд химиков в Карлсруэ… и высказанные на этом съезде итальянским химиком Канниццаро идеи. Его я считаю настоящим моим предшественником, так как установленные им атомные веса дали необходимую точку опоры… Идея возможной периодичности свойств элементов при возрастании атомного веса, в сущности, уже тогда мне представилась внутренне…»
По возвращении в Петербург Менделеев начал кипучую научную деятельность. В 1861 г. он за несколько месяцев написал первый в России учебник по органической химии. Книга оказалась настолько удачной, что первое ее издание разошлось в несколько месяцев и в следующем году пришлось делать второе. Весной 1862 г. учебник был удостоен полной Демидовской премии. На эти деньги Менделеев совершил летом заграничное путешествие со своей молодой женой Феозвой Никитичной Лещевой. (Брак этот оказался не слишком удачным - в 1881 г. Менделеев развелся с первой женой, а в апреле 1882 г. женился на молодой художнице Анне Ивановне Поповой.) В 1863 г. он получил место профессора в Петербургском технологическом институте, а в 1866 г. - в Петербургском университете, где читал лекции по органической, неорганической и технической химии. В 1865 г. Менделеев защитил докторскую диссертацию на тему «О соединении спирта с водой».
В 1866 г. Менделеев приобрел под Клином имение Боблово, с которым была связана потом вся его дальнейшая жизнь. Здесь были написаны многие его сочинения. В свободное время он с огромным увлечением занимался хозяйством на заведенном им опытном поле, где проводил пробы различных удобрений. Старый деревянный дом в течение нескольких лет был разобран, а взамен отстроен новый - каменный. Появились образцовый скотный двор, молочня, конюшня. В имение привезли заказанную Менделеевым молотильную машину.
В 1867 г. Менделеев перешел в Петербургский университет на должность профессора химии и должен был читать лекции по неорганической химии.
Приступив к подготовке лекций, он обнаружил, что ни в России, ни за рубежом нет курса общей химии, достойного быть рекомендованным студентам. И тогда он решил написать его сам. Эта фундаментальная работа, получившая название «Основы химии», выходила в течение нескольких лет отдельными выпусками. Первый выпуск, содержащий введение, рассмотрение общих вопросов химии, описание свойств водорода, кислорода и азота, был закончен сравнительно быстро - он появился уже летом 1868 г. Но работая над вторым выпуском, Менделеев столкнулся с большими затруднениями, связанными с систематизацией и последовательностью изложения материала. Сначала он хотел сгруппировать все описываемые им элементы по валентностям, но потом выбрал другой метод и объединил их в отдельные группы, исходя из сходства свойств и атомного веса. Размышление над этим вопросом вплотную подвело Менделеева к главному открытию его жизни.
То, что некоторые химические элементы проявляют черты явного сходства, ни для одного химика тех лет не было секретом. Сходство между литием, натрием и калием, между хлором, бромом и йодом или между кальцием, стронцием и барием бросалось в глаза любому. В 1857 г. шведский химик Ленсен объединил по химическому сходству несколько «триад»: рутений - родий - палладий; осмий - платина ~- иридий; марганец - железо - кобальт. Были сделаны даже попытки составить таблицы элементов. В библиотеке Менделеева хранилась книга немецкого химика Гмелина, который опубликовал такую таблицу в 1843 г. В 1857 г. английский химик Одлинг предложил свой вариант.
Однако ни одна из предложенных систем не охватывала всю совокупность известных химических элементов. Хотя существование отдельных групп и отдельных семейств можно было считать установленным фактом, связь этих групп между собой оставалась совершенно непонятной.
Менделееву удалось найти ее, расположив все элементы в порядке возрастания их атомной массы. Установление периодической закономерности потребовало от него огромного напряжения мысли. Написав на отдельных карточках названия элементов с обозначением их атомного веса и коренных свойств, Менделеев стал раскладывать их в разнообразных комбинациях, переставляя и меняя местами. Дело сильно осложнялось тем, что многие элементы в то время еще не были открыты, а атомные веса уже известных определены с большими неточностями. Тем не менее искомая закономерность’ вскоре была обнаружена. Сам Менделеев таким образом рассказывал об открытии им периодического закона: «Заподозрив о существовании взаимосвязи между элементами еще в студенческие годы, я не уставал обдумывать эту проблему со всех сторон, собирал материалы, сравнивал и сопоставлял цифры. Наконец настало время, когда проблема созрела, когда решение, казалось, вот-вот готово было сложиться в голове Как это всегда бывало в моей жизни, предчувствие близкого разрешения мучившего меня вопроса привело меня в возбужденное состояние. В течение нескольких недель я спал урывками, пытаясь найти тот магический принцип, который сразу привел бы в порядок всю груду накопленного за 15 лет материала И вот в одно прекрасное утро, проведя бессонную ночь и отчаявшись найти решение, я, не раздеваясь, прилег на диван в кабинете и заснул. И во сне мне совершенно явственно представилась таблица Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги».
В феврале 1869 г. Менделеев разослал русским и зарубежным химикам отпечатанный на отдельном листке «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». 6 марта на заседании Русского химического общества было зачитано сообщение о предложенной Менделеевым классификации элементов. Этот первый вариант периодической таблицы довольно сильно отличался от привычной нам со школы таблицы Менделеева.
Группы располагались не вертикально, а горизонтально Костяк таблицы составляли расположенные рядом группы щелочных металлов и галогенов. Над галогенами находилась группа кислорода (сера, селен, теллур), над ней - группа азота (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). Еще выше - группа углерода (кремний и олово, между которыми Менделеев оставил пустую клеточку для неизвестного элемента с ориентировочной массой 70 а.е., впоследствии ее занял германий с массой 72 а.е.) Над группой углерода помещались группы бора и бериллия. Под щелочными металлами находилась группа щелочноземельных металлов и т. д. Несколько элементов, как потом оказалось, были в этом первом варианте помещены не на свои места. Так ртуть попала в группу меди, уран и золото - в группу алюминия, таллий - в группу щелочных металлов, марганец - в одну группу с родием и платиной, а кобальт и никель вообще оказались в одной клетке. Но все эти неточности отнюдь не должны умалять важности самого вывода: сопоставляя свойства элементов, попавших в вертикальные столбцы, можно было ясно видеть, что они изменяются периодически по мере нарастания атомного веса. Это было самое главное в открытии Менделеева, позволявшее связать воедино все казавшиеся до этого разрозненные группы элементов. Неожиданные сбои в этом периодическом ряду Менделеев совершенно правильно объяснил тем, что науке известны еще не все химические элементы. В своей таблице он оставил четыре незаполненные клеточки, однако предсказал атомный вес и химические свойства этих элементов. Он также поправил несколько неточно определенных атомных масс элементов, и дальнейшие исследования полностью подтвердили его правоту.
Первый, еще несовершенный набросок таблицы в следующие годы подвергся переконструированию. Уже в 1869 г. Менделеев поместил галогены и щелочные металлы не в центре таблицы, а по ее краям (как это делается теперь). Все остальные элементы оказались внутри конструкции и служили естественным переходом от одной крайности к другой. Наряду с главными группами Менделеев стал выделять подгруппы (так, второй ряд образовали две подгруппы: бериллий - магний - кальций - стронций - барий и цинк - кадмий - ртуть). В следующие годы Менделеев исправил атомные веса 11 элементов и изменил местоположение 20. В итоге в 1871 г. появилась статья «Периодическая законность для химических элементов», в которой периодическая таблица приняла вполне современный вид. Статья была переведена на немецкий язык и оттиски ее были разосланы многим известным европейским химикам. Но, увы, Менделеев не дождался от них не только компетентного суждения, но даже простого ответа. Никто из них не оценил важности сделанного им открытия. Отношение к периодическому закону изменилось только в 1875 г., когда Лекок де Буабодран открыл новый элемент - галлий, свойства которого поразительно совпадали с предсказаниями Менделеева (он называл этот неизвестный еще элемент эквалюминием).
Новым триумфом Менделеева стало открытие в 1879 г. скандия, а в 1886 г. германия, свойства которых также полностью соответствовали описаниям Менделеева.
Идеи периодического закона определили структуру «Основ химии» (последний выпуск курса с приложенной к нему периодической таблицей вышел в 1871 г.) и придали этому труду поразительную стройность и фундаментальность. По силе воздействия на научную мысль менделеевские «Основы химии» смело можно сравнить с такими выдающимися сочинениями научной мысли как «Начала натуральной философии» Ньютона, «Беседы о двух системах мира» Галилея, «Происхождение видов» Дарвина. Весь накопленный к этому времени огромный фактический материал по самым разным отраслям химии был здесь впервые изложен в виде стройной научной системы. Сам Менделеев говорил о созданном им учебнике-монографии: «Эти «Основы» - любимое мое детище. В них - мой образ, мой опыт педагога и мои задушевные научные мысли». Огромный интерес, который современники и потомки проявили к этой книге, вполне согласуется с мнением самого автора. Только при жизни Менделеева «Основы химии» выдержали восемь изданий и были переведены на основные европейские языки.
В последующие годы из-под пера Менделеева вышло еще несколько основополагающих трудов по разным разделам химии. (Его полное научное и литературное наследие огромно и содержит 431 печатную работу.) В середине 80-х гг. он несколько лет занимался растворами, результатом чего стало вышедшее в 1887 г. «Исследование водных растворов по удельному весу», которое Менделеев считал одной из своих лучших работ В своей теории растворов он исходил из того, что растворитель есть не безразличная среда, в которой разрежается растворяющееся тело, но активно действующий, изменяющийся в процессе растворения реагент, и что растворение есть процесс не механический, но химический. Сторонники механической теории образования растворов, напротив, считали, что никаких химических соединений при растворении не возникает, а молекулы воды, соединяясь в строго определенных пропорциях с молекулами вещества, образуют сначала концентрированный раствор, механическая смесь которого с водой дает уже раствор разбавленный.
Менделееву этот процесс представлялся иначе - соединяясь с молекулами вещества, молекулы воды образуют множество гидратов, часть которых, однако, настолько непрочна, что тут же распадается - диссоциирует. Продукты этого распада вновь соединяются с веществом, с растворителем и другими гидратами, часть вновь образовавшихся соединений снова диссоциирует, и процесс идет до тех пор, пока в растворе не установится подвижное - динамическое - равновесие.
Сам Менделеев был уверен в правильности своей концепции, но, вопреки ожиданиям, его труд не вызвал большого резонанса среди химиков, поскольку в том же 1887 г. появились еще две теории растворов - осмогическая ВантГоффа и электролитическая Аррениуса, - прекрасно объяснявшие многие наблюдаемые явления. На несколько десятилетий они безраздельно утвердились в химии, отодвинув в тень теорию Менделеева. Но в последующие годы оказалось, что и теория Вант-Гоффа, и теория Аррениуса имеют ограниченную сферу применения. Так, уравнения Вант-Гоффа давали прекрасный результат только для органических веществ. Теория Аррениуса (согласно которой в жидкости происходит разложение - диссоциация - молекул электролитов (солей, кислот и щелочей) на положительно и отрицательно заряженные ионы) оказалась справедливой лишь для слабых растворов электролитов, но не объясняла главного - каким образом и за счет каких сил происходит расщепление прочнейших молекул при их попадании в воду. Уже после смерти Менделеева сам Аррениус писал, что гидратная теория заслуживает подробного изучения, ибо именно она может дать ключ к пониманию этого, самого трудного вопроса электролитической диссоциации. Таким образом, гидратная теория Менделеева наравне с сольватной теорией Вант-Гоффа и электролитической Аррениуса стала важной частью современной теории растворов.
Труды Менделеева получили широкое международное признание. Он был избран членом Американской, Ирландской, Югославской, Римской, Бельгийской, Датской, Чешской, Краковской и многих других академий наук, почетным членом многих иностранных научных обществ. Только Российская Академия наук на выборах 1880 г. забаллотировала его из-за каких-то внутренних интриг.
Уйдя в 1890 г. в отставку, Менделеев принимал активное участие в издании Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, потом в течение нескольких лет был консультантом в пороховой лаборатории при Морском министерстве. До этого он никогда специально не занимался взрывчатыми веществами, однако проведя необходимые исследования, всего за три года разработал очень эффективный состав бездымного пороха, который и был запущен в производство. В 1893 г. Менделеев был назначен хранителем (управляющим) Главной палаты мер и весов. Умер он в феврале 1907 г. от воспаления легких.
