Что менделеев считал главной характеристикой атома при построении

Мысли Менделеева о структуре атома

«Менделеев. совершил научный подвиг, который смело можно поставить рядом с открытием Леверье, вычислившего орбиту еще неизвестной планеты — Нептун».

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.

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.

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.

Читайте также

ПЕРВЫЕ МЫСЛИ О ВРЕМЕНИ

ПЕРВЫЕ 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

Глава 3. Строение атома

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

Модели атома до Бора

Модели 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

Спектрограф подтверждает предсказания Менделеева

Спектрограф 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

Какова структура атома

Какова 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

Модель атома водорода

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 картину моделью атома.Задача

Точное место элементов в таблице Менделеева

Точное 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

II. Строение атома

II. Строение атома Каждое химическое вещество состоит из однородных частиц, называемых молекулами. Если разложить молекулу на более элементарные составные части, мы получим атомы.Атом принято схематически изображать в виде ядра с вращающимися вокруг него электронами.

РАДИОАКТИВНОСТЬ И СТРОЕНИЕ АТОМА

РАДИОАКТИВНОСТЬ 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

Глава 8. Внутри атома

Глава 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

Первая модель атома

Первая 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

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

Источник

Периодический закон открыл в 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907)

В середине XIX в. было известно около 60 химических элементов. Д. И. Менделеев полагал, что должен существовать закон, который объединяет все химические элементы. Менделеев считал, что главной характеристикой элемента является его атомная масса. Поэтому он расположил все известные элементы в один ряд в порядке увеличения их атомной массы и сформулировал закон так:

Свойства элементов и их соединений находятся в перио­дической зависимости от величины атомной массы элементов. Современная формулировка периодического за­кона читается так:

Свойства элементов и их соединений находятся в перио­дической зависимости от заряда ядра атома, или поряд­кового номера элемента.

Формулировка периодического закона Д. И. Менделеевым и современная формулировка не противоречат друг другу, потому что для большинства элементов при увеличе­нии заряда ядра относительная атомная масса тоже увели­чивается. Существуют лишь немногие исключения из это го правила. Например, элемент № 18 аргон Аг имеет меньшую атомную массу, чем элемент № 19 калий К. Теория строения атома показала, что периодическая си­стема Д. И. Менделеева является классификацией хими­ческих элементов по электронным структурам их атомов.

–Заряд ядер атомом увеличивается.

–Число электронных слоев атомов не изменяется.

–Число электроном на внешнем слое атомов увеличи­вается от 1 до 8

–Радиус атомов уменьшается

– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром увеличивается.

–Энергия ионизации увеличивается.

–Сродство к электрону увеличивается.

–Электроотрицательность увеличивается.

–Металличность элементов уменьшается.

–Неметалличность элементов увеличивается.

Рассмотрим, как изменяются некоторые характеристи­ки элементов в главных подгруппах сверху вниз:

–Число электронных слоев атомов увеличивается.

–Число электронов на внешнем слое атомов оди­наково.

–Радиус атомов увеличивается.– Прочность связи электронов внешнего слоя с ядром уменьшается.

–Энергия ионизации уменьшается.– Сродство к электрону уменьшается.

–Электроотрйцательность уменьшается.– Металличность элементов увеличивается.

–Неметалличность элементов уменьшается.

Билет 6.

Металлич. радиус равен половине кратчайшего расстояния между атомами в кристаллич. структуре металла. Его значение зависит от координац. числа К (числа ближайших соседей атома в структуре). Чаще всего встречаются структуры металлов с К = 12.

Ван-дер-ваальсовы радиусы определяют эффективные размеры атомов благородных газов. Эти радиусы равны половине межъядерного расстояния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой хим. связью, т.е. принадлежащими разным молекулам. Значения ван-дер-ваальсовых радиусов находят, пользуясь принципом аддитивности А.р., из кратчайших контактов соседних молекул в кристаллах. В среднем они на

0,08 нм больше ковалентных радиусов. Знание ван-дер-ваальсовых радиусов позволяет определять конформацию молекул и их упаковку в молекулярных кристаллах.

Е сродства атома к электрону A_e – Е, кот. Выделится при присоединении ē к атому. Наибольшим сродством к электрону обладают атомы галогенов. Обычно сродство к электрону для атомов различных элементов уменьшается параллельно с ростом энергии их ионизации.

Экзаменационный билет № 7

Источник

Закономерности ПСХЭ Д. И. Менделеева

Ответьте на вопросы:

1. Что Д.И.Менделеев считал главной характеристикой атома при построении периодической системы?

2. Сколько вариантов имеет периодическая система элементов?

3. Изучите длинный и короткий вариант таблицы Менделеева. Напишите, чем они отличаются?

Теоретическая часть

Зная формулы веществ, состоящих из двух химических элементов, и валентность одного из них, можно определить валентность другого элемента.

Например: дана формула оксида меди Cu₂O, необходимо определить валентность меди. Валентность кислорода постоянная и равна II, а на один атом кислорода приходится 2 атома меди. Следовательно, валентность меди равна I.

Определить валентности следующих элементов:

Теоретическая часть

Где Мr – относительная молекулярная масса вещества

n₁, n₂, n₃ – индексы при химических знаках химических элементов.

Пример: Вычислить относительную молекулярную массу молекулы серной кислоты (H₂SO₄)

Определить относительную молекулярную массу веществ:

Теоретическая часть

В центре – атомное ядро, имеющее чрезвычайно малые размеры по сравнению с размерами атома. В состав ядра входят положительные частицы – протоны (р + ) и нейтральные частицы – нейтроны (n 0 ). Таким образом, ядро атома заряжено положительно.

Атом— это электронейтральная частица, имеющая положительно заряженное ядро, вокруг которого движутся отрицательно заряженные электроны. Атом является электронейтральной частицей, поэтому число электронов должно быть равно числу протонов, т. е. заряду ядра.

Заряд ядра = Число протонов = Число электронов

Протоны – частицы с положительным зарядом +1 и относительной массой 1.

Нейтроны– электронейтральные частицы с относительной массой 1.

Положительный заряд атома равен числу протонов.

Число протонов в ядре соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе

Так как в целом масса всех электронов ничтожно мала, ее можно пренебречь. Значит, практически вся масса атома сосредоточена в ядре и представляет собой сумму масс протонов и нейтронов.

Массовое число – суммарное число протонов и нейтронов, округленно равно значению относительной атомной массе химического элемента (Ar).

Число нейтронов в ядре равно разности между массовым числом и числом протонов. N = A – Z

Источник

Открытие периодического закона: три загадки и одна легенда

История открытия периодического закона сложна и таит в себе множество загадок. В статье рассмотрены три из них: как Д. И. Менделеев, не признававший атомную теорию, создал Периодическую систему элементов; почему он не торопился лично доложить о своем открытии научному сообществу; почему спустя год и девять месяцев после открытия периодического закона Менделеев резко изменил тематику своих исследований. Кроме того, в статье приводятся факты, противоречащие распространенной версии, согласно которой периодическая таблица явилась ее автору как озарение во сне.

Об авторе

Игорь Сергеевич Дмитриев — доктор химических наук, директор Музея-архива Д. И. Менделеева Санкт-Петербургского государственного университета. Член правления Санкт-Петербургского отделения Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, член History of Science Society (США), член редколлегии журнала «Природа». Автор 150 научных работ, в том числе монографии «Человек эпохи перемен: очерки о Д. И. Менделееве и его времени». Область научных интересов — интеллектуальная революция XVI–XVII вв., история науки в России XVIII — начала XX в.

Распределение работ Д. И. Менделеева по областям знаний

Дмитрий Иванович Менделеев был ученым-энциклопедистом. Однако при всем разнообразии его интересов и плодотворных начинаний открытие периодического закона представляется все же главным достижением исследователя. Вместе с тем история этого открытия (как, кстати, и сам Периодический закон) таит в себе множество неясностей и неожиданных поворотов. Назовем их (с известной долей условности) загадками. Кроме того, весьма популярна легенда, будто периодическая таблица явилась Менделееву во сне. Я остановлюсь только на трех загадках, которые можно разъяснить, опираясь на известные факты и дошедшие до нас документы.

Менделеев против атомов

Первая статья Менделеева о периодическом законе начиналась следующими словами: «Систематическое распределение элементов подвергалось в истории нашей науки многим разнообразным превратностям» [1, с. 10]. Это так. Но об одном обстоятельстве Дмитрий Иванович умолчал: проблема «систематического распределения элементов» была для научного сообщества сугубо маргинальной, а то и просто недостойной внимания серьезного ученого. К примеру, когда один из предшественников Менделеева — Джон Ньюлендс (J. Newlands) — представил Лондонскому химическому обществу свой вариант классификации элементов (так называемый закон октав), один из присутствовавших заметил: «А не пытался ли он [Ньюлендс] расположить элементы по алфавиту? Ведь любое расположение их может представлять случайные совпадения (occasional coincidences)» [2, p. 113].

Джон Ньюлендс (1837–1898), английский физик и химик. В 1864 г. опубликовал таблицу, в которой расположил все известные элементы в порядке увеличения их атомных весов, используя данные С. Канниццаро. Ньюлендс пронумеровал элементы, сопоставил их номера с их свойствами и, отметив, что элементы с аналогичными свойствами регулярно повторяются, сделал вывод: «восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке. ». Хотя термин «периодичность» он не употреблял, но по сути речь шла именно о периодическом изменении свойств элементов

Но этого мало. Атом в 19-м столетии понимали не как некий «кирпич мироздания», нечто неделящееся, но как минимальное количество элемента, которое присутствует во всех его соединениях и сохраняется в ходе химических превращений. Иными словами, словом «атом» фактически обозначали стехиометрический минимум для данного элемента. При этом подразумевалось (теми, кто вообще принимал атомную гипотезу), что кроме этих «химических» атомов есть еще атомы истинные, «физические», о которых мало что известно, и одновременно молчаливо допускалась принципиальная возможность открытия ранее неизвестного соединения элемента такого состава, что придется принятый атомный вес элемента уменьшить в разы (скажем, для азота принять N = 7 или какое-то иное значение). Менделеев, вполне осознававший это обстоятельство, пошел дальше. Он всю свою научную жизнь предостерегал окружающих против увлечения атомистикой. Вот несколько подтверждающих это цитат.

«. Химики постоянно употребляют атомическую гипотезу для более ясного представления многих фактов, хотя можно было бы обойтись и без нее. Но атомическую теорию не нужно принимать как настоящую гипотезу о структуре тела, в этом отношении она не привела еще почти ни к каким результатам. Она должна быть принята как облегчение рассуждений» (1864) [5, с. 25].

«. Само название (атомный вес) заключает в себе, конечно, гипотезу об атомном строении тел, но. речь идет не о названии (мне кажется, что, заменяя название „атомный вес“ названием „элементарный вес“, можно достичь устранения представления об атомах, когда речь идет об элементах), а о понятии, которое им условлено означать» (1871) [6, с. 104].

«. В атомах есть простота представления, но нет уверенности» (1906 г. — последнее издание учебника Д. И. Менделеева «Основы химии») [7, с. 485].

Итак, ученый, открывший периодический закон, согласно которому «физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости. от их атомного веса» [8, с. 907], не верил в атомную теорию. В этом состоит первая странность или загадка менделеевского открытия. Что же он тогда классифицировал? Что заложил в основание своей классификации?

Прежде всего, Менделеев еще до создания Периодической системы строго разграничил понятия «элемент» и «простое тело». Он с самого начала строил именно систему химических элементов, а не простых тел. Понятие элемента соотносилось им с наименьшим весовым количеством материи определенного вида, входящим в частицы (молекулы) тел. Элемент в понимании Менделеева — это «отвлеченное понятие», «материя, содержащаяся в простом теле и могущая без изменения в весе переходить во все тела, получающиеся из этого тела» [9, с. 199].

Менделеев подчеркивает, что элемент может принимать различные конкретные формы (например, элемент углерод может находиться в форме угля, алмаза и графита, а также входить в состав разнообразных соединений). Элемент, по мысли Менделеева, будучи «не конкретным телом», но «материально однородным» «весомым веществом с суммою ему одному принадлежащих свойств» [10, с. 239], потенциально содержит в себе весь спектр возможных форм, свойств и состояний, которые этот «стехиометрический минимум» способен выявлять и развертывать в определенных условиях. Возможность (или невозможность) образования тех или иных соединений, аллотропных модификаций, металлических или иных состояний и т. п. — все это в «свернутом» виде включено, «втянуто» в понятие элемента, в силу чего систематика элементов обретает общехимическое (а потому и общенаучное) значение. Скажем, простое тело озон — одна из актуализаций того, что потенциально наличествует в идеальном химическом объекте, — элементе кислород. Таким образом, Менделеев классифицировал «элементарные индивидуумы», природа которых определялась их атомным весом (Дмитрий Иванович предпочел бы говорить об «элементарном весе», но не пошел против устоявшейся терминологии).

Такая постановка задачи наряду с другими факторами позволила ученому создать Периодическую систему, но представление об элементарных индивидуумах помешало ему принять открытие радиоактивности, электронов и многие крупные достижения науки конца XIX — начала XX вв. Он корил современную ему научную мысль за то, что она «запуталась в ионах и электронах» [9, с. 436].

Дыра от сыра

Беловой вариант «Опыта системы элементов» с датой: 17 февраля (ст. ст.) 1869 г.

Как известно, в понедельник 17 февраля ** 1869 г., который считается днем открытия периодического закона (а если выражаться точнее, совершения Менделеевым прорыва в поисках рациональной классификации элементов), Дмитрий Иванович должен был отправиться в командировку в Тверскую губернию для того, чтобы обследовать артельные сыроварни Н. В. Верещагина (брата известного художника-баталиста). Однако полученные им после долгих поисков первые результаты в построении системы элементов вынудили его отложить поездку на 12 дней, чтобы закончить статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов». В эти дни Менделеев упорно работал, часами стоя за конторкой. Дописав статью, он передал рукопись Н. А. Меншуткину для публикации в «Журнале Русского химического общества» (РХО) и для сообщения об открытии периодического закона на предстоящем заседании РХО; просмотрел корректуру статьи; разослал листки с «Опытом системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» (далее — сокращенно: «Опыт») многим отечественным и зарубежным химикам (сразу скажем, что реакции, естественно, никакой не последовало); написал предисловие к первой части «Основ химии» и 1 марта отправился на сыроварни. Меншуткин исполнил просьбу Менделеева и 6 марта сделал от его имени сообщение о периодическом законе на заседании РХО (реакции, естественно, никакой, если не считать сказанных позднее слов академика Н. Н. Зинина: «Дмитрий Иванович, пора заняться работать».

Почему Менделеев не воспользовался случаем лично сообщить в РХО о своем открытии, а поручил это сделать Меншуткину? Допустим, тяга к артельным сыроварням оказалась непреодолимой. Но ведь можно было выступить по возвращении из Тверской губернии. Менделеев же, вернувшись из поездки 12 марта, спустя восемь дней выступает в Вольном экономическом обществе с докладом. об артельном сыроварении. 10 апреля он вновь выступает публично там же, на этот раз с сообщением о доходности молочного скотоводства и о результатах анализа почв с опытных полей. Создается впечатление, что сельскохозяйственные проблемы волновали его по крайней мере не меньше, чем химические. И это тоже представляется на первый взгляд странным. Но, если вдуматься, ничего удивительного здесь нет.

Один из листков с «Опытом системы элементов», отпечатанных в типографии и разосланных Менделеевым в феврале 1869 г. ряду отечественных химиков. Несколько аналогичных листков, но с заглавием на французском языке было, как предполагается, послано иностранным ученым. Однако списка этой «рассылки», преследовавшей главным образом приоритетные цели, не сохранилось

Создание «Опыта» стало началом той фазы работы Менделеева, когда он, убедившись, что «способ распределения элементов по их атомному весу не противоречит естественному сходству, существующему между элементами, а напротив того, прямо на него указывает» [1, с. 18–20] и что в подмеченных им закономерностях «случайности допустить. невозможно» [7, с. 619], уже мог сформулировать первые фундаментальные выводы, составившие ядро учения о периодичности, и предложить графическое (пока несовершенное) представление почти полной для того времени системы элементов. Но самая трудная часть работы была впереди, и на нее у Менделеева ушел год и девять месяцев.

«Опыт» определенно не удовлетворял ученого, поскольку был не «естественным», а компромиссным вариантом системы элементов. Не забывал Менделеев и о весьма прохладном отношении многих коллег-химиков к чисто теоретическим, в особенности к таксономическим работам. Учитывая эти обстоятельства, он не торопился выступать с докладом о своем открытии. Но и медлить с публикацией не мог — хотя бы потому, что вопросами систематики элементов занимались в то время многие. В сложившейся ситуации Менделеев избрал единственно правильную тактику: поскольку доклад в РХО был нужен ему лишь для публикации статьи в «Журнале» Общества, его друг Меншуткин, отвечавший за издание «Журнала», был выбран им в качестве докладчика. Как заметил острый на язык и недолюбливавший Д. И. Менделеева В. В. Марковников (письмо А. М. Бутлерову от 31 октября 1867 г., т.е. периодический закон еще не открыт), «Менделеев. до такой степени привык царствовать в факультете, что не может равнодушно выслушивать каких бы то ни было возражений. Меншуткин у него не более как приказчик» [11, с. 246].

Николай Васильевич Верещагин (1839–1907), общественный деятель, зачинатель отечественного масло- и сыроделия

Однако анализ архивных документов показал: уже в феврале 1869 г. Менделеев создал так называемую «короткую форму» системы, которая затем воплотилась в то, что он назвал «Естественной системой элементов» и опубликовал в феврале 1871 г. (датирована 29 ноября 1870 г., доложена на заседании РХО 3 декабря того же года). И впоследствии Дмитрий Иванович делал вид, что никакого «Опыта» не было. Почему же он сразу не предложил «короткую форму» системы?

Дело в том, что эта форма объединяет в одной группе элементы, которым отвечают абсолютно разные простые тела. А кроме того, их сходные по составу «низшие» соединения (т. е. соединения, в которых элементы находятся в низших степенях окисления) также заметно различаются по свойствам. Например, в 7-й группе оказываются столь непохожие элементы, как хлор и марганец, в 6-й — сера и хром и т. д. Да, они стоят в разных подгруппах (Менделеев не использовал понятия подгруппы, он делил каждый период на два ряда, и тогда, скажем, хлор и марганец оказывались в разных рядах — первый в нечетном, второй в четном), но, тем не менее, в одной группе. В чем их сходство? Оно проявляется только в высших соединениях. Например, высшая степень окисления и хлора, и марганца равна номеру группы (7), и соответствующие высшие соединения (Cl₂O₇ и Mn₂O₇, KClO₄ и KMnO₄ и т. д.) проявляют сходные свойства. Менделеев об этом знал и до 1869 г. Более того, об этом знали многие химики до него, но оставался вопрос: это сходство высших (скажем, кислородных) соединений обусловлено сходством самих элементов, оказавшихся в особом, «предельном» состоянии, или же в этих соединениях так много кислорода, что он нивелирует различия в природе самих элементов?

Николай Александрович Меншуткин (1842–1907), русский химик, основные работы посвящены исследованию скоростей химических превращений органических соединений. Автор учебника «Аналитическая химия» (1871), выдержавшего 16 изданий (последнее — в 1931 г.)

Только к концу 1869 г. или к началу 1870-го Дмитрий Иванович понял, что предельные (высшие) формы кислородных соединений и их свойства определяются не «самими свойствами кислорода» и наличием «грани О₄» [10, с. 246], т. е. особо устойчивой группировки из четырех кислородных атомов (например, H₂SO₄

HMnO₄ и т. д.), но «состоянием», т.е., в конечном счете, природой элемента, образующего эти соединения. И пока Менделеев бился над этим вопросом, Лотар Мейер в марте 1870 г. в небольшой статье (датирована декабрем 1869 г.) публикует короткую форму Периодической системы (только повернутую по отношению к менделеевской на 90°). Замечу, что Мейер, создавая систему элементов, исходил из иных посылок, нежели Менделеев, что видно из первых строк статьи немецкого химика: «То, что пока еще не разложенные химические элементы абсолютно неразложимы, в настоящее время представляется по меньшей мере весьма неправдоподобным. Напротив, атомы элементов — это, по-видимому, отнюдь не последние (letzten), но лишь ближайшие составные части (die näheren Bestandtheile) молекул» [12, S. 354]. Заметим, и Мейер, и Менделеев весьма скептически относились к атомной теории, но это не помешало им создать сходные системы элементов, опираясь на принятые тогда атомные веса. Но вернемся к нашему герою.

Итак, рассуждая фактически о структурных вопросах в неструктурных терминах, описывая разнообразие валентных возможностей элементов, критикуя при этом саму концепцию валентности («атомности»), отказываясь от традиционных таксономических методов и приемов, Менделеев, идя сложным и противоречивым путем, сумел-таки прийти к естественной системе, которая не только позволяла объяснить уже известное, но и обладала мощным прогностическим потенциалом.

К ноябрю 1870 г. проблема построения естественной системы была решена. Это, разумеется, не означало, что серьезных трудностей не осталось (достаточно указать на вопрос о положении в системе редкоземельных элементов). Но главное было сделано.

Естественная система химических элементов Д. И. Менделеева (конец 1870 г.)

Вольный сын эфира

Теперь о третьей загадке в истории создания Периодической системы. Почему Менделеев с 1872 г. переключается на совершенно иную тематику, не связанную, казалось бы, с периодическим законом? Действительно, 20 декабря 1871 г. в его рабочем дневнике появляется неожиданная запись: «Опыт. Шмидт, Кирпичев и я с насосом Ягно» [13]. Зачем Менделееву понадобились насосы? Он же открыл периодический закон, который содержал в себе колоссальный тематический ресурс для дальнейших исследований! Пожалуй, почти любой исследователь на его месте всю оставшуюся жизнь посвятил бы главным образом (если не исключительно) совершенствованию форм системы, поискам новых корреляций между разнообразными формами и состояниями простых тел и соединений в свете учения о периодичности и тому подобным вопросам, т.е. просеиванию сквозь сито этого учения всех крупных и мелких фактов и теорий. Таков был бы путь естествоиспытателя, специалиста-химика. Однако Менделеев, будучи по характеру и разнообразию своих интересов, стилю работы, мегаломании в постановке задач и профетическим наклонностям скорее натурфилософом, нежели ученым (scientist), пошел по иному пути.

Фрагмент лабораторной тетради Д. И. Менделеева с первой записью, свидетельствующей о начатых им с помощниками исследованиях газов

Юлиус Лотар Мейер (1830–1895), немецкий химик, иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук с 1890 г. Между ним и Менделеевым в 1880 г. разгорелся приоритетный спор, в котором у каждой стороны были свои доводы, заслуживающие внимания. В 1882 г. Лондонское королевское общество присудило золотые медали Г. Дэви совместно Менделееву и Мейеру с формулировкой «За открытие периодических соотношений атомных весов». Менделеев на вручение не поехал, но прислал телеграмму с благодарностью, которая заканчивалась словами: «Да узнают будущие поколения русских своих Ньютонов, Дальтонов и Дэви!»

Периодический закон таил в себе много загадок, «не поддающихся рациональной концепции». Одна из самых глубоких касалась физических причин явления периодичности. Поскольку свойства элементов находились в периодической зависимости от их атомных весов, то, как полагал Менделеев, объяснение природы периодичности «возможно только в смысле динамического представления, могущего и долженствующего прежде всего разъяснить самое понятие о весе». Отсюда его интерес к вопросу о «причине веса и притяжения» [8, с. 805], а также к свойствам среды, передающей свет и тяготение, т.е. к мировому эфиру. Он был глубоко убежден в том, что «объяснить и выразить периодический закон — значит объяснить и выразить причину закона кратных отношений, различия элементов и их атомности и в то же время понять, что такое масса и тяготение» [7, с. 617] Более того, изучение природы мирового эфира открывало путь к постижению природы электрических и магнитных явлений, гравитации и химического сродства, т.е. вело к разгадке самых глубоких мировых тайн, и на этом фоне открытие периодического закона представлялось Дмитрию Ивановичу лишь ступенью (возможно, не самой крутой) в реализации его великого замысла.

По мнению Менделеева, одним из способов доказательства существования эфира могло быть исследование сильно разреженных газов, ибо в этих условиях свойства «обычного» вещества перестали бы маскировать свойства эфира.

Уже с 70-х годов, — вспоминал Менделеев, — «у меня назойливо засел вопрос: да что же такое эфир в химическом смысле? Он тесно связан с периодическою системою элементов, ею и возбудился во мне» *** [14, с. 474]. На личном экземпляре «Естественной системы» (оттиск из второй части первого издания «Основ», 1871 г.) около символа водорода Менделеев делает запись: «Легче всех эфир, в миллионы раз».

Фрагмент личного экземпляра Менделеева «Естественной системы химических элементов» с его пометками. В левом верхнем углу перед символом водорода сделана запись о мировом эфире

Исследования по газам субсидировались Императорским Русским техническим обществом (РТО), благодаря чему у Менделеева появилась уникальная возможность реализовать широко задуманную экспериментальную программу. Однако этот цикл его работ не дал сколько-нибудь значимых результатов, хотя ученый и обещал поклониться в пояс тому, кто сделал бы больше.

Двухъярусные весы для взвешивания газов конструкции Менделеева

Предложенное Менделеевым уравнение состояния идеального газа, которое, по уверениям авторов «Летописи», является «основным результатом [его] работы. в области физики газов» [15, с. 179], к тому времени (1874–1875) уже использовалось в литературе, а потому его выведение Менделеевым могло иметь лишь методическое значение.

Наконец — и это главное — так называемые положительные отступления от закона Бойля — Мариотта при очень низких давлениях, которым Менделеев придавал особое значение, впоследствии не подтвердились.

Портрет Менделеева кисти И. Н. Крамского (1878). Художник очень точно передал психологическое состояние своего героя, для которого конец 1870-х — начало 1880-х годов стало временем глубокого душевного кризиса

Но если ограничиться чисто научной стороной ситуации, то следует сказать, что провал широко задуманной исследовательской программы по физике газов стал для Менделеева сильным ударом. Положение усугублялось тем, что в эти годы физическая химия, к которой он с молодости питал особый интерес, заметно изменила свой характер. Внимание ученых сконцентрировалось на таких вопросах, как электропроводность и ионные равновесия в растворах, скорость диффузии ионов, электродные потенциалы, химическая кинетика и т. д. В физико-химических работах все шире использовались термодинамические методы, аппарат теории дифференциальных уравнений и т. п. Серьезные изменения намечались и в физике. Все это в целом было непривычно, а подчас и чуждо Менделееву. И более всего ему были чужды даже не отдельные идеи и теории (многие из которых он критиковал вполне заслуженно), а сам стиль и строй физико-химических работ новой волны. В результате он оказался в оппозиции по отношению к многим крупным открытиям в естествознании второй половины XIX в. Открыв периодический закон и встав в конце 1871 г. перед выбором — заняться далее «химической стороной дела» (к примеру, кропотливыми аналитическими исследованиями редкоземельных элементов, которые он начал было проводить с декабря 1870 г.) или же обратиться к поискам физических причин периодичности, — Менделеев, последний великий натурфилософ 19-го столетия, пошел по второму пути, оказавшемуся тупиковым. Триумф Периодической системы стал прологом трагического одиночества ее создателя: «я опять очутился один» [16, с. 188].

И одна легенда.

Александр Александрович Иностранцев (1843–1919), выдающийся русский геолог, профессор Санкт-Петербургского университета, член-корреспондент Петербургской Академии наук (с 1901 г.)

Коллега и друг Д. И. Менделеева, выдающийся русский геолог А. А. Иностранцев (1843–1919), в своих «Воспоминаниях» приводит такой эпизод:

«Как-то я зашел к нему [Менделееву] по какому-то делу и застал его в превосходном настроении; он даже шутил, что было крайней редкостью. Это было вскоре после его знаменитого открытия закона периодичности элементов. Я, воспользовавшись этим благодушным настроением Д. И., обратился к нему с вопросом, что натолкнуло его на знаменитое открытие, на что он сообщил, что уже давно подозревал известную связь элементов между собой и что много и долго думал об этом. В течение последних месяцев Д. И. перепортил массу бумаги с целью отыскать в виде таблицы эту закономерность, но ничего не удавалось. В последнее время он усиленно снова занялся этим вопросом и, по его рассказу, был даже близок к этому, но окончательно все-таки ничего не выходило. Перед самым открытием закона Д. И. провозился над искомою таблицею целую ночь до утра, но в ночь ничего не вышло, он с досады бросил работу и, томимый желанием выспаться, тут же в рабочем кабинете, не раздеваясь, повалился на диван и крепко заснул. Во сне он увидел вполне ясно ту таблицу, которая позднее была напечатана. Даже во сне радость его была настолько сильна, что он сейчас же проснулся и быстро набросал эту таблицу на первом клочке бумаги, валявшемся на его конторке» [17, с. 144].

Фрагмент промежуточного варианта «Опыта системы элементов», создав который, Менделеев смог перейти к его окончательному варианту

Почему этот рассказ Иностранцева вызывает сомнения? Во-первых, мемуарист работал над своими воспоминаниями в 1919 г., на 76-м году жизни, т. е. спустя полвека после описываемых им событий. Во-вторых, и это более важно, Менделеев, любивший рассказывать окружающим различные забавные и поучительные истории из своей жизни (были и небылицы), ни разу не упоминал об этом чудесном сне. В-третьих, дошедшие до нас наброски будущей системы элементов не позволяют выявить эффект внезапного озарения. На самом трудном, пиковом этапе создания «Опыта», когда Менделеев коренным образом изменил сам принцип построения системы элементов (суть закона — периодический характер изменения свойств элементов по мере возрастания их весов — к этому времени уже была ему ясна, и речь шла об адекватном графическом представлении идеи периодичности), ученый создал промежуточный вариант системы, от которого отталкивался в последующей работе и который в главной своей части практически совпал с таблицей Л. Мейера, впервые опубликованной в 1864 г. в монографии [18, S. 137], переведенной на русский язык в 1866 г.

Вариант таблицы химических элементов Л. Мейера (1864)

Есть еще один момент, связанный с рассказом Иностранцева и вызывающий вопросы: о массе «перепорченной бумаги». Менделеев имел привычку хранить все, что написал, каждую мелочь, и свой архив он систематизировал сам. Но почему-то из всего, что имело отношение к истории создания «Опыта», им было сохранено только пять рукописных листков.

Разумеется, число загадок, связанных с открытием и сущностью периодического закона, много больше, но рассказ о них выходит за рамки журнальной публикации.

Литература
1. Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Редакция, статьи и примечания Б. М. Кедрова. М., 1958.
2. Newlands J. The Law of Octaves, and the Causes of the Numerical Relations among the AtomicWeights // Chemical News. 1866; 13: 113.
3. Менделеев Д. И. Органическая химия. Менделеев Д. И. Соч. Т. 8. Л.; М., 1948; 35–602.
4. Менделеев Д. И. Лекции по общей химии. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.; М. (1934–1954). 1949; 15: С. 357–439.
5. Менделеев Д. И. Избранные лекции по химии. М., 1968.
6. Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1871). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 102–176.
7. Менделеев Д. И. Основы химии. СПб., 1906.
8. Менделеев Д. И. Основы химии. Часть II. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.-М. (1934–1954). 1949; 14.
9. Менделеев Д. И. Периодический закон. Дополнительные материалы. Ред. Б. М. Кедров. М., 1960.
10. Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1898). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 237–273.
11. Научное наследство. Естественнонаучная серия. Т. 4. Письма русских химиков к А. М. Бутлерову. М., 1961.
12. Meyer L. Die Natur der chemischen Elemente als Function ihrer Atomgewichte. Annalen der Chemie und Pharmacie. VII. Supplementband. 1870. S. 354–364.
13. Научный архив Менделеева, СПбГУ. I-B-23-I-62, 68.
14. Менделеев Д. И. Попытка химического понимания мирового эфира. Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 470–517.
15. Добротин Р. Б., Карпило Н. Г., Керова Л. С., Трифонов Д. Н. Летопись жизни и деятельности Д. И. Менделеева. Отв. ред. А. В. Сторонкин. Л., 1984.
16. Тищенко В. Е., Младенцев М. Н. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период, 1861–1890 гг. Отв. ред. Ю. И. Соловьев. М., 1993.
17. Иностранцев А. А. Воспоминания. Подготовка текста, вступительная статья и комментарии В. А. Прозоровского и И. Л. Тихонова. СПб., 1998.
18. Meyer L. Die Modernen Theorien der Chemie und Ihre Bedeutung für die chemische Statik. Breslau, 1864.

* В настоящее время принято выражение «атомная масса», но я буду придерживаться исторической терминологии.

** Далее даты, если не оговорено, приводятся по старому стилю, для перевода в новый стиль следует прибавить 12 дней.

*** Тут Дмитрий Иванович либо запамятовал, либо слукавил. Загадка мирового эфира занимала его еще в студенческие годы. Другое дело, что открытие периодического закона усилило его интерес к этой теме.

Источник