Как появилась таблица менделеева
Как появилась таблица менделеева
История открытия таблицы Менделеева
Таблица химических элементов известного химика Д. Менделеева – это настоящий прорыв в химии, который смог увидеть весь мир весной 1869 года. Российский химик смог сгруппировать и расставить знания о каждом химическом элементе в виде практичной таблицы, которая сейчас знакома каждому школьнику. Периодическая система стала основой скорого развития такого тяжелого и в то же время увлекательного предмета, при этом ее появление окутано мифами и легендами. Если вам не чуждо такое понятие, как «химия», и вы увлекаетесь всем интересным, то не помешает узнать, как же на самом деле произошло открытие системы.
Как все началось
За много лет перед тем как Дмитрий Менделеев открыл периодическую таблицу, многие ученые пытались систематизировать известные в то время химические вещества. Но недостаток информации о каждом химическом элементе и верной атомной массе привел к тому, что созданные таблицы не имели достоверных данных.
Именно 1869 год ознаменовался открытием известной таблицы. В это время химик на заседании научного сообщества поведал собственным коллегам о недавно сделанном открытии. Каждый химический элемент имеет свое отдельное место, исходя из величины и молекулярной массы.
Стоит заметить, что также в таблице есть пустые клетки, их в дальнейшем заполнял новый периодический элемент, открытие которого предсказал сам ученый (сюда относится скандий, галлий и германий). После того, как изобретение было представлено миру, оно также несколько раз исправлялось и дополнялось. Во время совместной работы с химиком из Шотландии У. Рамзаем российский ученый дополнил систему группой инертных газов (так называемая нулевая группа).
Далее история разработки системы химических элементов прямым образом связывалась с физикой. Усердный труд над системой ведется в настоящее время, современные светлые умы постоянно дополняют таблицу новыми элементами по мере их открытия. Невозможно переоценить создание системы Менделеева, поскольку за счет нее удалось:
Есть несколько вариантов изложения классификации химических элементов, исходя из периодического закона, но самой известной и распространенной является привычная многим таблица Д. Менделеева.
Легенды и факты о происхождении таблицы Менделеева
Происхождение знаменитой периодической таблицы окутано множеством мифов. Одним из наиболее распространенных является заблуждение, что идея системы пришла к ученому во сне. В действительности сам химик опроверг данную легенду и утверждал, что он на протяжении долгих лет трудился над ее разработкой. Для систематизации элементов он записывал их все на отдельные карточки и множество раз пытался их сочетать, располагая карточки в ряд, исходя из похожих свойств.
Легенда о вещем сне появилась из-за того, что сам ученый трудился над классификацией всех химических веществ сутками, изредка делая перерыв на пару часов сна. Но только многолетняя упорная работа и прирожденный талант Менделеева дали результат в виде всем известной таблицы и принесли перспективному ученому известность на весь мир.
Как организована периодическая система
Все составляющие таблицы располагаются по рядам с учетом увеличения их массы, а сама длина каждого ряда составлена таким способом, чтобы расположенные в нем элементы имели похожие характеристики.
Если описывать кратко, то внутри всех столбцов элементы размещаются в соответствии со схожими свойствами, которые варьируются при переходе между столбцами. Каждый элемент, включая №92, является природным, а уже начиная с №93 идут искусственные соединения, создающиеся исключительно в лабораториях.
Изначально периодическая таблица представляла собой наглядную систему уже существующих в природе элементов, при этом не было никакой основы, почему они должны стоять именно так. Но с появлением квантовой механики все обрело смысл, и расположение каждого элемента теперь было понятно.
Правильный творческий процесс
Если же поднимать вопрос, какой урок организации творческого процесса можно извлечь из истории, как Д. Менделеев создал свою периодическую таблицу, то можно рассмотреть труд А. Пуанкаре и Н. Уоллеса, касаемо исследования творческого мышления. В соответствии с их работами, есть 4 базовых этапа творческого мышления:
Как можно увидеть, во время создания таблицы российский химик интуитивно прошел каждый этап творческого процесса. Об эффективности данного принципа можно судить по итоговому результату, ведь система была разработана. Рассматривая то, что ее систематизация стала большим шагом вперед не только для химии, но и для человечества, указанные выше 4 этапа могут использоваться для реализации небольшого проекта или же масштабного замысла. Стоит только помнить, что ни одно решение задачи или научное открытие не может найтись само по себе, как бы вы этого не желали, но увидеть решение во сне невозможно, насколько бы крепко вы не спали. Чтобы достичь результата, необходимо обладать рядом знаний и навыков, а также грамотно применять собственный потенциал, упорно трудиться и неустанно идти вперед к намеченной цели. И, конечно же, тренировать мозг, например, с помощью онлайн-тренажеров Викиум.
Таблица Менделеева: история открытия, интересные факты и байки
Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.
Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье.
История открытия таблицы
К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.
В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.
В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.
Байки о Менделееве
Гравюра, на которой изображен Менделеев. Фото: ИТАР-ТАСС
Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый «неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой», а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.
Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.
Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно «любительский» характер этого увлечения, Менделеева часто называли «чемоданных дел мастером».
Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.
Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.
Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.
Небулий и короний
Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.
Отметим, что сегодня в московском Центральном доме ученых РАН торжественно присвоят имена двум химическим элементам, открытым учеными из подмосковной Дубны.
Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov
Таблица Менделеева. История и суть таблицы Менделеева
Он опирался на труды Роберта Бойле и Антуана Лавузье. Первый ученый ратовал за поиск неразложимых химических элементов. 15 из таковых Бойле перечислил еще в 1668-ом году.
Лавузье прибавил к ним еще 13, но спустя век. Поиски растянулись, поскольку не было стройной теории связи между элементами. Наконец, в «игру» вступил Дмитрий Менделеев. Он решил, что есть связь между атомной массой веществ и их местом в системе.
Эта теория позволила ученому открыть десятки элементов, не обнаруживая их на практике, а природе. Это было возложено на плечи потомков. Но, сейчас не о них. Посвятим статью великому русскому ученому и его таблице.
История создания таблицы Менделеева
Таблица Менделеева началась с книги «Соотношение свойств с атомным весом элементов». Труд выпущен в 1870-ых. Тогда же русский ученый выступил перед химическим обществом страны и разослал первый вариант таблицы коллегам из-за рубежа.
До Менделеева разными учеными были открыты 63 элемента. Наш соотечественник начал со сравнения их свойств. В первую очередь, работал с калием и хлором. Потом, взялся за группу металлов щелочной группы.
Химик обзавелся специальным столом и карточками элементов, чтобы раскладывать их, как пасьянс, ища нужные совпадения и комбинации. В итоге, пришло прозрение: — свойства компонентов зависят от массы их атомов. Так, элементы таблицы Менделеева выстроились в ряды.
Находкой маэстро химии стало решение оставить в этих рядах пустоты. Периодичность перепада между атомными массами заставила ученого предположить, что человечеству известны еще не все элементы. Промежутки в весе между некоторыми «соседями» были слишком велики.
Поэтому, периодическая таблица Менделеева стала похожа на шахматное поле, с обилием «белых» клеток. Время показало, что они, действительно, ждали своих «постояльцев». Ими, к примеру, стали инертные газы. Гелий, неон, аргон, криптон, радиоакт и ксенон открыты лишь в 30-ых годах 20-го века.
Теперь о мифах. Распространено мнение, что химическая таблица Менделеева явилась ему во сне. Это происки университетских педагогов, точнее, одного из них – Александра Иностранцева. Это русский геолог, читавший лекции в Петербургском университете горного дела.
Иностранцев был знаком с Менделеевым, бывал у него в гостях. Однажды, изможденный поисками Дмитрий заснул прямо при Александе. Тот дождался, пока химик проснется и увидел, как Менделеев хватается за листок и записывает окончательный вариант таблицы.
По сути, ученый просто не успел сделать это до того, как его захватил Морфей. Однако, Иностранцеву хотелось позабавить своих студентов. На основе виденного геолог придумал байку, которую благодарные слушатели быстро распространили в массы.
Особенности таблицы Менделеева
С момента первой версии 1969-го года порядковая таблица Менделеева не раз дорабатывалась. Так, с открытием в 1930-ых благородных газов удалось вывести новую зависимость элементов, — от их порядковых номеров, а не массы, как заявлял автор системы.
Понятие «атомный вес» заменили на «атомный номер». Удалось изучить число протонов в ядрах атомов. Эта цифра и есть порядковый номер элемента.
Ученые 20-го века изучили и электронное строение атомов. Оно тоже влияет на периодичность элементов и отражено в поздних редакциях таблицы Менделеева. Фото списка демонстрирует, что вещества в нем расставлены по мере роста атомного веса.
Первооснову менять не стали. Масса увеличивается слева направо. При этом, таблица не едина, а поделена на 7 периоды. Отсюда и название списка. Период – горизонтальный ряд. Его начало – типичные металлы, конец – элементы с неметаллическими свойствами. Убывание постепенное.
Есть большие и малые периоды. Первые находятся в начале таблицы, их 3. Открывает список период из 2-х элементов. Следом идут две колонки, в которых по 8 наименований. Оставшиеся 4 периода большие. Наиболее протяжен 6-ой, в нем 32 элемента. В 4-ом и 5-ом их по 18, а в 7-ом – 24.
Можно сосчитать, сколько элементов в таблице Менделеева. Всего 112 наименований. Именно наименований. Клеток же 118, а есть вариации списка и со 126-ю полями. Все еще остаются пустые клетки для неоткрытых элементов, не имеющих имен.
Не все периоды умещаются в одну строку. Большие периоды состоят из 2-х рядов. Количество металлов в них перевешивает. Поэтому, им полностью посвящены нижние строки. Постепенное убывание от металлов к инертным веществам соблюдается в верхних рядах.
Картинки таблицы Менделеева поделены и вертикально. Это группы в таблице Менделеева, их 8. Вертикально скомпонованы элементы, схожие по химическим свойствам. Они поделены на главную и побочную подгруппы. Последние начинаются только с 4-го периода. В главные подгруппы входят и элементы малых периодов.
Суть таблицы Менделеева
Названия элементов в таблице Менделеева – это 112 позиций. Суть их компоновки в единый список – систематизация первоэлементов. Над этим начали биться еще в античные времена.
Одним из первых понять, из чего составлено все сущее попытался Аристотель. Он взял за основу свойства веществ – холод и тепло. Эмпидокл выделил 4-ре первоосновы по стихиям: воду, землю, огонь и воздух.
Металлы в таблице Менделеева, как и другие элементы, — те самые первоосновы, но с современной точки зрения. Российскому химику удалось открыть большинство составляющих нашего мира и предположить существование еще неизвестных первоэлементов.
Получается, что произношение таблицы Менделеева – озвучивание некой модели нашей реальности, раскладывание ее на составляющие. Однако, выучить их не так-то просто. Попробуем облегчить задачу, описав пару эффективных методов.
Как выучить таблицу Менделеева
Начнем с современного метода. Компьютерщиками разработан ряд флеш-игр, помогающих запомнить список Менделеева. Участникам проекта предлагают находить элементы по разным опциям, например, названию, атомной массе, буквенному обозначению.
Игрок имеет право выбрать поле деятельности – лишь часть таблицы, или ее всю. В нашей воле, так же, исключить имена элементов, другие параметры. Это усложняет поиск. Для продвинутых предусмотрен и таймер, то есть тренировка ведется на скорость.
Игровые условия делают изучение номеров элементов в таблице Менднлеева не нудным, а занятным. Просыпается азарт, и систематизировать знания в голове становится проще. Те же, кто не приемлет компьютерных флеш-проектов, предлагают более традиционный способ заучивания списка.
Его делят на 8 групп, или 18 (в соответствии с редакцией 1989-го года). Для удобства запоминания, лучше создать несколько отдельных таблиц, а не работать по цельному варианту. Помогают и зрительные образы, подобранные к каждому из элементов. Опираться следует на собственные ассоциации.
Характеристика таблицы Менделеева не учиться в один присест. Рекомендованы занятия по 10-20 минут в день. Начинать рекомендована с запоминания лишь основных характеристик: названия элемента, его обозначения, атомной массы и порядкового номера.
Школьники предпочитают вешать таблицу Менделеева над рабочим столом, или на стене, на которую часто смотрят. Метод хорош для людей с преобладанием зрительной памяти. Данные из списка невольно запоминаются даже без зубрежки.
Это учитывают и педагоги. Как правило, они не заставляют заучивать список, разрешают смотреть в него даже на контрольных. Постоянное заглядывание в таблицу равнозначно эффекту распечатки на стене, или написанию шпаргалок до экзаменов.
Приступая к изучению, вспомним, что и Менделеев не сразу запомнил свой список. Однажды, когда ученого спросили, как он открыл таблицу, последовал ответ: — «Я над ней, может, 20 лет думал, а вы считаете: сидел и, вдруг, готово». Периодическая система – кропотливый труд, который не осилить в сжатые сроки.
Наука не терпит спешки, ведь она приводит к заблуждениям и досадным ошибкам. Так, одновременно с Менделеевым таблицу составил и Лотар Мейер. Однако, немец немного недоработал список и не был убедителен при доказательстве своей точки зрения. Поэтому, общественность признала труд русского ученого, а не его коллеги-химика из Германии.
Как создавалась таблица Менделеева, и какие уроки творческого процесса можно извлечь из этой истории?
Любой, кто ходил в школу, помнит, что одним из обязательных для изучения предметов была химия. Она могла нравиться, а могла и не нравиться – это не важно. И вполне вероятно, что многие знания по этой дисциплине уже забыты и в жизни не применяются. Однако таблицу химических элементов Д. И. Менделеева наверняка помнит каждый. Для многих она так и осталась разноцветной таблицей, где в каждый квадратик вписаны определённые буквы, обозначающие названия химических элементов. Но здесь мы не будем говорить о химии как таковой, и описывать сотни химических реакций и процессов, а расскажем о том, как вообще появилась таблица Менделеева – эта история будет интересна любому творчески мыслящему человеку, да и вообще всем тем, кто охоч до интересной и полезной информации.
Небольшая предыстория
В далёком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии, и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Учёный также привёл их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть ещё элементы. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.
Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми. Но поиск новых элементов продолжался учёными по всему миру. И главную роль в этом процессе сыграл знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев – он впервые выдвинул гипотезу о том, что между атомной массой элементов и их расположением в системе может быть взаимосвязь.
Благодаря кропотливому труду и сопоставлению химических элементов Менделеев смог обнаружить связь между элементами, в которой они могут быть одним целым, а их свойства являются не чем-то само собой разумеющимся, а представляют собой периодически повторяющееся явление. В итоге, в феврале 1869 года Менделеев сформулировал первый периодический закон, а уже в марте его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был представлен на рассмотрение Русского химического общества историком химии Н. А. Меншуткиным. Затем в том же году публикация Менделеева была напечатана в журнале «Zeitschrift fur Chemie» в Германии, а в 1871 году новую обширную публикацию учёного, посвящённую его открытию, опубликовал другой немецкий журнал «Annalen der Chemie».
Создание периодической таблицы
Основная идея к 1869 году уже была сформирована Менделеевым, причём за довольно короткое время, но оформить её в какую-либо упорядоченную систему, наглядно отображающую, что к чему, он долго не мог. В одном из разговоров со своим соратником А. А. Иностранцевым он даже сказал, что в голове у него уже всё сложилось, но вот привести всё к таблице он не может. После этого, согласно данным биографов Менделеева, он приступил к кропотливой работе над своей таблицей, которая продолжалась трое суток без перерывов на сон. Перебирались всевозможные способы организации элементов в таблицу, а работа была осложнена ещё и тем, что в тот период наука знала ещё не обо всех химических элементах. Но, несмотря на это, таблица всё же была создана, а элементы систематизированы.
Легенда о сне Менделеева
Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась вышеупомянутым соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40° водка. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.
Дальнейшая работа
В период с 1869 по 1871 годы Менделеев развивал идеи периодичности, к которым склонялось научное сообщество. И одним из важных этапов данного процесса стало понимание того, что любой элемент в системе должно располагать, исходя из совокупности его свойств в сравнении со свойствами остальных элементов. Основываясь на этом, а также опираясь на результаты исследований в изменении стеклообразующих оксидов, химику удалось внести поправки в значения атомных масс некоторых элементов, среди которых были уран, индий, бериллий и другие.
Пустые клетки, остававшиеся в таблице, Менделеев, конечно же, хотел скорее заполнить, и в 1870 году предсказал, что в скором времени будут открыты неизвестные науке химические элементы, атомные массы и свойства которых он сумел вычислить. Первыми из них стали галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году). Затем прогнозы продолжили реализовываться, и были открыты ещё восемь новых элементов, среди которых: полоний (1898 год), рений (1925 год), технеций (1937 год), франций (1939 год) и астат (1942-1943 годы). Кстати, в 1900 году Д. И. Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы – до 1962 года они назывались инертными, а после – благородными газами.
Организация периодической системы
Химические элементы в таблице Д. И. Менделеева расположены по рядам, в соответствии с возрастанием их массы, а длина рядов подобрана так, чтобы находящиеся в них элементы имели схожие свойства. Например, благородные газы, такие как радон, ксенон, криптон, аргон, неон и гелий с трудом вступают в реакции с другими элементами, а также имеют низкую химическую активность, из-за чего расположены в крайнем правом столбце. А элементы левого столбца (калий, натрий, литий и т.д.) отлично реагируют с прочими элементами, а сами реакции носят взрывной характер. Говоря проще, внутри каждого столбца элементы имеют подобные свойства, варьирующиеся при переходе от одного столбца к другому. Все элементы, вплоть до №92 встречаются в природе, а с №93 начинаются искусственные элементы, которые могут быть созданы лишь в лабораторных условиях.
В своём первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему всё должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.
Уроки творческого процесса
Говоря о том, какие уроки творческого процесса можно извлечь из всей истории создания периодической таблицы Д. И. Менделеева, можно привести в пример идеи английского исследователя в области творческого мышления Грэма Уоллеса и французского учёного Анри Пуанкаре. Приведём их вкратце.
Согласно исследованиям Пуанкаре (1908 год) и Грэма Уоллеса (1926 год), существует четыре основных стадии творческого мышления:
Как мы видим, в процессе создания своей таблицы Менделеев интуитивно следовал именно этим четырём этапам. Насколько это эффективно, можно судить по результатам, т.е. по тому, что таблица была создана. А учитывая, что её создание стало огромным шагом вперёд не только для химической науки, но и для всего человечества, приведённые выше четыре этапа могут быть применимы как к реализации небольших проектов, так и к осуществлению глобальных замыслов. Главное помнить, что ни одно открытие, ни одно решение задачи не могут быть найдены сами по себе, как бы ни хотели мы увидеть их во сне и сколько бы ни спали. Чтобы что-то получилось, не важно, создание это таблицы химических элементов или разработка нового маркетинг-плана, нужно обладать определёнными знаниями и навыками, а также умело использовать свои потенциал и упорно работать.
Мы желаем вам успехов в ваших начинаниях и успешной реализации задуманного!
История открытия таблицы Менделеева
Открытие Дмитрием Менделеевым периодической таблицы химических элементов в марте 1869 года стало настоящим прорывом в химии. Российскому ученому удалось систематизировать знания о химических элементах и представить их в виде таблицы, которую и сейчас обязательно изучают школьники на уроках химии. Периодическая таблица стала фундаментом для бурного развития этой сложной и интересной науки, а история ее открытия окутана легендами и мифами. Для всех увлекающихся наукой будет интересно узнать правду о том, как Менделеев открыл таблицу периодических элементов.
История таблицы Менделеева: как все начиналось
Попытки классифицировать и систематизировать известные химические элементы предпринимались задолго до Дмитрия Менделеева. Свои системы элементов предлагали такие известные ученые, как Деберейнер, Ньюлендс, Мейер и другие. Однако из-за нехватки данных о химических элементах и их правильных атомных массах предложенные системы были не совсем достоверными.
История открытия таблицы Менделеева начинается в 1869 году, когда российский ученый на заседании Русского химического общества рассказал своим коллегам о сделанном им открытии. В предложенной ученым таблице химические элементы располагались в зависимости от их свойств, обеспечивающихся величиной их молекулярной массы.
Интересной особенностью таблицы Менделеева было также наличие пустых клеток, которые в будущем были заполнены открытыми химическими элементами, предсказанными ученым (германий, галлий, скандий). После открытия периодической таблицы в нее много раз вносились добавления и поправки. Совместно с шотландским химиком Уильямом Рамзаем Менделеев добавил в таблицу группу инертных газов (нулевую группу).
В дальнейшем история периодической таблицы Менделеева была напрямую связана с открытиями в другой науке – физике. Работа над таблицей периодических элементов продолжается до сих пор, и современные ученые добавляют новые химические элементы по мере их открытия. Значение периодической системы Дмитрия Менделеева сложно переоценить, так как благодаря ей:
Существует множество вариантов изображения химических элементов согласно периодическому закону, однако наиболее известный и распространенный вариант – это привычная для каждого таблица Менделеева.
Мифы и факты о создании периодической таблицы
Самым распространенным заблуждением в истории открытия таблицы Менделеева является то, что ученый увидел ее во сне. На самом деле сам Дмитрий Менделеев опроверг этот миф и заявил, что размышлял над периодическим законом на протяжении многих лет. Чтобы систематизировать химические элементы он выписывал каждый из них на отдельную карточку и многократно комбинировал их между собой, расставляя в ряды в зависимости от их схожих свойств.
Миф о «вещем» сне ученого можно объяснить тем, что Менделеев работал над систематизацией химических элементов сутками напролет, прерываясь на непродолжительный сон. Однако только упорный труд и природный талант ученого дал долгожданный результат и обеспечил Дмитрию Менделееву всемирную известность.
Многих учащихся в школе, а иногда и в университете, заставляютзаучивать или хотя бы примерно ориентироваться в таблице Менделеева. Для этого человек должен не только иметь хорошую память, но и логически мыслить, связывая элементы в отдельные группы и классы. Изучение таблицы легче всего дается тем людям, которые постоянно поддерживают мозг в тонусе, проходя тренинги на BrainApps.
Как создавалась периодическая таблица элементов Менделеева
У каждой области науки есть свой любимый юбилей. У физиков это «Принципы» Ньютона, книга 1687 года, которая ввела законы движения и гравитации. Биологи празднуют дарвиновское «Происхождение видов» (1859 год) и его день рождения (1809). Астрономы отмечают 1543 год, ведь именно тогда Коперник поместил Солнце в центр Солнечной системы. Что касается химии, ни одна причина для празднования не превзойдет появление периодической таблицы элементов, созданной 150 лет назад в марте русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым.
Дмитрий Иванович Менделеев.
Таблица Менделеева стала такой же привычной для студентов-химиков, как калькуляторы для бухгалтеров. Она содержит всю науку в чуть более сотне квадратов, содержащих символы и цифры. Она перечисляет элементы, которые составляют все земные вещества, сгруппированные таким образом, чтобы можно было выявить закономерности в их свойствах, определить цель химического исследования как в теории, так и на практике.
Периодическая таблица — это, бесспорно, самая важная концепция в химии.
Таблица Менделеева выглядела как специальная таблица, однако сам он хотел, чтобы она отражала глубокую научную истину, которую он открыл: периодический закон. Его закон выявил глубокие семейные отношения между известными химическими элементами – они проявляют подобные свойства через регулярные промежутки (или периоды), если расположить их в порядке атомного веса – и позволил Менделееву предсказать существование элементов, которые еще не были обнаружены.
«До обнародования этого закона химические элементы были просто фрагментарными, случайными фактами в Природе», заявил Менделеев. «Закон периодичности впервые позволил нам увидеть неоткрытые элементы на расстоянии, которое раньше было недоступно для химического зрения».
Опыт системы элементов Д. Менделеева.
Таблица Менделеева не только предсказала существование новых элементов. Она подтвердила тогда еще спорную веру в реальность атомов. Она намекнула на существование субатомной структуры и предвидела математический аппарат, лежащий в основе правил, управляющих материей, которые в конечном счете проявили себя в квантовой теории. Его таблица завершила превращение химической науки из средневекового магического мистицизма алхимии в область современной научной строгости. Периодическая таблица символизирует не столько составляющие вещества, сколько логическую стройность и принципиальную рациональность науки в целом.
Как создавалась периодическая таблица
Легенда гласит, что Менделеев задумал и создал свою таблицу в один день: 17 февраля 1869 года по русскому календарю (для большей части мира это 1 марта). Но это, вероятнее всего, преувеличение. Менделеев думал о группировании элементов годами, и другие химики несколько раз рассматривали понятие связей между элементами в предыдущие десятилетия.
На самом деле, немецкий физик Иоганн Вольфганг Доберейнер заметил особенности группирования элементов еще в 1817 году. В те дни химики еще не полностью поняли природу атомов, описанную атомной теорией Джона Дальтона в 1808 году. В своей «новой системе химической философии» Дальтон объяснил химические реакции, предполагая, что каждое элементарное вещество состоит из атома определенного типа.
Дальтон предположил, что химические реакции производили новые вещества, когда атомы разъединяются или соединяются. Он полагал, что любой элемент состоит исключительно из одного вида атома, который отличается от других по весу. Атомы кислорода весили в восемь раз больше, чем атомы водорода. Дальтон считал, что атомы углерода в шесть раз тяжелее водорода. Когда элементы объединяются для создания новых веществ, количество реагирующих веществ может быть рассчитано с учетом этих атомных весов.
Дальтон ошибался насчет некоторых масс – кислород в действительности в 16 раз тяжелее водорода, а углерод в 12 раз тяжелее водорода. Но его теория сделала идею об атомах полезной, вдохновив революцию в химии. Точное измерение атомной массы стало основной проблемой химиков на последующие десятилетия.
Размышляя об этих весах, Доберейнер отметил, что определенные наборы из трех элементов (он назвал их триадами) показывают интересную связь. Бром, например, имел атомную массу где-то между массами хлора и йода, и все эти три элемента демонстрировали сходное химическое поведение. Литий, натрий и калий также были триадой.
Другие химики заметили связи между атомными массами и химическими свойствами, но лишь в 1860-х годах атомные массы стали достаточно хорошо поняты и измерены, чтобы выработалось более глубокое понимание. Английский химик Джон Ньюландс заметил, что расположение известных элементов в порядке увеличения атомной массы приводило к повторению химических свойств каждого восьмого элемента. Эту модель он назвал «законом октав» в статье 1865 года. Но модель Ньюландса не очень хорошо держалась после первых двух октав, что заставило критиков предложить ему расставить элементы в алфавитном порядке. И как вскоре понял Менделеев, отношение свойств элементов и атомных масс были чуть более сложными.
Организация химических элементов
Менделеев родился в Тобольске, в Сибири, в 1834 году и был семнадцатым ребенком у своих родителей. Он жил яркой жизнью, преследуя разные интересы и путешествуя по дороге к выдающимся людям. Во время получения высшего образования в педагогическом институте в Санкт-Петербурге он чуть не умер от тяжелой болезни. После окончания он преподавал в средних школах (это нужно было, чтобы получать жалование в институте), попутно изучая математику и естественные науки для получения степени магистра.
Затем он работал преподавателем и лектором (и писал научные работы), пока не получил стипендию для расширенного тура исследований в лучших химических лабораториях Европы.
Вернувшись в Санкт-Петербург, он оказался без работы, поэтому написал превосходное руководство по органической химии в надежде выиграть крупный денежный приз. В 1862 году это принесло ему премию Демидова. Также он работал редактором, переводчиком и консультантом в различных химических сферах. В 1865 году он вернулся к исследованиям, получил доктора наук и стал профессором Петербургского университета.
Вскоре после этого Менделеев начал преподавать неорганическую химию. Готовясь освоить это новое (для него) поле, он остался неудовлетворен доступными учебниками. Поэтому решил написать собственный. Организация текста требовала организации элементов, поэтому вопрос их наилучшего расположения непрестанно был у него на уме.
К началу 1869 года Менделеев добился достаточного прогресса, чтобы понять, что некоторые группы подобных элементов демонстрировали регулярное увеличение атомных масс; другие элементы с примерно одинаковыми атомными массами имели схожие свойства. Оказалось, что упорядочение элементов по их атомному весу было ключом к их классификации.
Периодическая таблица Д. Менелеева.
По собственным словам Менделеева, он структурировал свое мышление, записав каждый из 63 известных тогда элементов на отдельной карточке. Затем, посредством своего рода игры в химический пасьянс, он нашел закономерность, которую искал. Располагая карточки в вертикальных столбцах с атомными массами от низкой к более высокой, он разместил элементы со схожими свойствами в каждом горизонтальном ряд. Периодическая таблица Менделеева родилась. Он набросал черновую версию 1 марта, отправил ее в печать и включил в свой учебник, который скоро должен был быть опубликован. Также он быстро подготовил работу для представления Российскому химическому обществу.
«Элементы, упорядоченные по размерам их атомных масс, показывают четкие периодические свойства», писал Менделеев в своей работе. «Все сравнения, которые я провел, привели меня к выводу, что размер атомной массы определяет природу элементов».
Тем временем, немецкий химик Лотар Мейер также работал над организацией элементов. Он подготовил таблицу, похожую на менделеевскую, возможно, даже раньше, чем Менделеев. Но Менделеев издал свою первым.
Тем не менее, гораздо более важным, чем победа над Мейером, было то, как Менделеев использовал свою таблицу, чтобы сделать смелые прогнозы о неоткрытых элементах. В подготовке свой таблицы Менделеев заметил, что некоторых карточек недоставало. Он должен был оставить пустые места, чтобы известные элементы могли выровняться правильно. Еще при его жизни три пустых места были заполнены ранее неизвестными элементами: галлий, скандий и германий.
Менделеев не только предсказал существование этих элементов, но также правильно описал их свойства в подробностях. Галлий, например, открытый в 1875 году, имел атомную массу 69,9 и плотность в шесть раз превышающую воды. Менделеев предсказал этот элемент (он назвал его экаалюминий), только по этой плотности и атомной массе 68. Его прогнозы для экакремния близко соответствовали германию (открытому в 1886 году) по атомной массе (72 предсказано, 72,3 фактически) и плотности. Он также верно предсказал плотность германиевых соединений с кислородом и хлором.
Таблица Менделеева стала пророческой. Казалось, что в конце этой игры этот пасьян из элементов раскроет тайны Вселенной. При этом сам Менделеев был мастером в использовании своей же таблицы.
Успешные предсказания Менделеева принесли ему легендарный статус мастера химического волшебства. Но сегодня историки спорят о том, закрепило ли открытие предсказанных элементов принятие его периодического закона. Принятие закона могло быть в большей степени связано с его способностью объяснять установленные химические связи. В любом случае, прогностическая точность Менделеева, безусловно, привлекла внимание к достоинствам его таблицы.
К 1890-м годам химики широко признали его закон как веху в химическом познании. В 1900-м году будущий нобелевский лауреат по химии Уильям Рамсей назвал это «величайшим обобщением, которое когда-либо проводилось в химии». И Менделеев сделал это, сам не понимая как.
Математическая карта
Во многих случаях в истории науки великие предсказания, основанные на новых уравнениях, оказывались верными. Каким-то образом математика раскрывает некоторые природные секреты, прежде чем экспериментаторы их обнаружат. Один из примеров — антиматерия, другой — расширение Вселенной. В случае Менделеева, предсказания новых элементов возникли без какой-либо творческой математики. Но на самом деле Менделеев открыл глубокую математическую карту природы, поскольку его таблица отражала значение квантовой механики, математических правил, управляющих атомной архитектурой.
В своей книге Менделеев отметил, что «внутренние различия материи, которую составляют атомы», могут быть ответственны за периодически повторяющиеся свойства элементов. Но он не придерживался этой линии мышления. По сути, многие годы он размышлял о том, насколько важна атомная теория для его таблицы.
Но другие смогли прочитать внутреннее послание таблицы. В 1888 году немецкий химик Йоханнес Вислицен объявил, что периодичность свойств элементов, упорядоченных по массе, указывает на то, что атомы состоят из регулярных групп более мелких частиц. Таким образом, в некотором смысле таблица Менделеева действительно предвидела (и предоставила доказательства) сложную внутреннюю структуру атомов, в то время как никто не имел ни малейшего представления о том, как на самом деле выглядел атом или имел ли он какую-нибудь внутреннюю структуру вовсе.
К моменту смерти Менделеева в 1907 году ученые знали, что атомы делятся на части: электроны, переносящие отрицательный электрический заряд, плюс некоторый положительно заряженный компонент, делающий атомы электрически нейтральными. Ключом к тому, как эти части выстраиваются, стало открытие 1911 года, когда физик Эрнест Резерфорд, работающий в Манчестерском университете в Англии, обнаружил атомное ядро. Вскоре после этого Генри Мозли, работавший с Резерфордом, продемонстрировал, что количество положительного заряда в ядре (число протонов, которое он содержит, или его «атомное число») определяет правильный порядок элементов в периодической таблице.
Атомная масса была тесно связана с атомным числом Мозли — достаточно тесно, чтобы упорядочение элементов по массе только в нескольких местах отличалось от упорядочения по числу. Менделеев настаивал на том, что эти массы были неправильными и нуждались в повторном измерении, и в некоторых случаях оказался прав. Осталось несколько расхождений, но атомное число Мозли прекрасно легло в таблицу.
Примерно в то же время датский физик Нильс Бор понял, что квантовая теория определяет расположение электронов, окружающих ядро, и что самые дальние электроны определяют химические свойства элемента.
Подобные расположения внешних электронов будут периодически повторяться, объясняя закономерности, которые первоначально выявила таблица Менделеева. Бор создал свою собственную версию таблицы в 1922 году, основываясь на экспериментальных измерениях энергий электронов (наряду с некоторыми подсказками из периодического закона).
Таблица Бора добавила элементы, открытые с 1869 года, но это был тот же периодической порядок, открытый Менделеевым. Не имея ни малейшего представления о квантовой теории, Менделеев создал таблицу, отражающую атомную архитектуру, которую диктовала квантовая физика.
Новая таблица Бора не стала ни первым, ни последним вариантом изначального дизайна Менделеева. Сотни версий периодической таблицы с тех пор были разработаны и опубликованы. Современная форма — в горизонтальном дизайне в отличие от первоначальной вертикальной версии Менделеева — стала широко популярной только после Второй мировой войны, во многом благодаря работе американского химика Гленна Сиборга.
Сиборг и его коллеги создали несколько новых элементов синтетически, с атомными числами после урана, последнего природного элемента в таблице. Сиборг увидел, что эти элементы, трансурановые (плюс три элемента, предшествовавшие урану), требовали новой строки в таблице, которую не предвидел Менделеев. Таблица Сиборга добавила строку для тех элементов под аналогичным рядом редкоземельных элементов, которым тоже не было места в таблице.
Вклад Сиборг в химию принес ему честь назвать собственный элемент — сиборгий с номером 106. Это один из нескольких элементов, названных в честь известных ученых. И в этом списке, конечно, есть элемент 101, открытый Сиборгом и его коллегами в 1955 году и названный менделевием — в честь химика, который прежде всех остальных заслужил место в периодической таблице.
Заходите на наш канал с новостями, если хотите больше подобных историй.
Когда была открыта периодическая система Менделеева: дата и интересные факты
Дмитрий Иванович Менделеев был поистине выдающимся химиком. Его вклад в изучение природы химических элементов значителен и до сих пор высоко оценивается учеными и историками во всем мире. Однако многие люди уверены, что периодическая система Менделеевым была открыта, когда она просто приснилась ему во сне.
На самом же деле она являлась результатом работы не только Дмитрия Ивановича, но и многих других выдающихся ученых-химиков, а история ее создания начинается еще с появления этой науки.
История открытия
Триады Деберейнера
Первая попытка систематизировать элементы была сделана еще в 1829 году немецким химиком Деберейнером. Он объединил некоторые элементы с общими свойствами в группы по три, назвав их триадами. Смысл этого закона заключался в том, что в каждой триаде масса среднего элемента была приблизительно равна среднему арифметическому между массами крайних элементов.
Такое представление было слишком далеко от совершенства, но уже являлось прообразом менделеевской системы. Проблема заключалась в ограничении групп всего тремя элементами, что подошло не для всех из них, даже известных на тот момент. Однако этот закон показал, что имеется какая-то связь между массами элементов и их химическими свойствами.
Спираль де Шанкуртуа
Александр де Шанкуртуа расположил все элементы в один ряд по атомным массам и нанес его на цилиндр по линии под углом 45 градусов, получив таким образом спираль.
При развертывании этого цилиндра оказывалось что на вертикальных линиях, параллельных оси, находились элементы со схожими свойствами. Однако на этой же линии оказывались и совсем отличающиеся химические элементы.
Октавы Ньюлендса
Очередную попытку систематизировать химические элементы по массам и свойствам, еще до того времени, когда была открыта периодическая система Менделеева, сделал ученый из Великобритании Ньюлендс. Он расположил их в порядке увеличения масс и заметил, что свойства повторяются через каждые семь. Такой закономерности он дал название закон октав, проведя аналогию с музыкальной гаммой.
Однако эта зависимость распространялась только на элементы с небольшой атомной массой. В конечном итоге более тяжелые элементы пришлось расположить по несколько в одну ячейку, что было принято скептически.
Таблицы Одлинга и Мейера
В 1864 году увидела свет еще одна таблица, в которой элементы располагались согласно их атомным весам и сходству химических свойств. Однако никакого описания к ней не было. В это же время появилась и другая таблица Мейера. В нее было включено 28 элементов, расположенных согласно их валентности.
В 1870 году вышла еще одна таблица Мейера которая насчитывала 9 вертикальных столбцов. Элементы с похожими свойствами были расположены в горизонтальных рядах, а некоторые ячейки так и остались пустыми. Таблица сопровождалась графиком зависимости объема атома от его веса, который имел пилообразный вид и указывал на периодичность, правда, это произошло уже после того, как Менделеев открыл таблицу химических элементов.
Открытие Менделеевым периодической системы
История создания таблицы Менделеева начинается в 1869 году. Когда химик работал над учебником «Основы химии», он столкнулся со сложностью систематизации материала. В ходе обдумывания этой проблемы он постепенно пришел к выводу, что между атомной массой элементов и их свойствами есть некая закономерность.
Он не первым ее увидел, это был результат кропотливой работы химиков всего мира. Менделеев выписал все элементы на отдельные карточки и расположил их в порядке групп и рядов, что стало итогом многолетней работы.
17 февраля (1 марта) 1869 года рукопись статьи, которая содержала эту таблицу, была сдана в печать. Считается, что это и есть та дата, которая отвечает на вопрос, в каком году Менделеев открыл таблицу. Через несколько дней, 22 марта, профессором Меншуткиным на заседании общества было объявлено о том, что Менделееву удалось открыть общий закон для описания химических элементов. Первый вариант периодической системы имел 19 горизонтальных рядов и 6 вертикальных столбцов.
Открытие Менделеева показало, что рост атомной массы химических элементов приводит к изменению их свойств периодически, то есть повторению через определенное количество элементов. Если ответом на вопрос, в каком году открыта таблица Менделеева, является 1869 год, то сформулировал периодический закон ученый только в 1871-м.
Таким образом, периодическая система, разработанная Менделеевым, позволила не только провести параллели между атомными массами и свойствами известных элементов, но и предсказать свойства тех, которые еще не были открыты.
В дальнейшем, с открытием все новых элементов, система получала все большую популярность и универсальность, но признание она нашла не сразу. Научное сообщество приняло ее в качестве базового закона химии только в 1880 году.
Интересные факты
В те времена не только заниматься химией было не популярно, но и большинство людей считали это занятие сродни колдовству или вовсе преступлением. Поэтому в свое время деятельность Менделеева обросла большим количеством легенд. Одна из них, которая считается наиболее популярной, гласит о том, что периодическая система Менделеевым была открыта, когда ученому она просто приснилась.
Такие случаи в истории не были едиными, такие же слухи ходили относительно многих научных открытий. Но эта гипотеза была опровергнута самим Менделеевым, который указывал на то, что он работал над созданием таблицы несколько десятков лет.
Еще одна не менее популярная история гласит о том, что Менделеев был изобретателем водки. Связано это было с его диссертационной работой, в которой он рассуждал на тему смеси воды и спирта. Современники часто подшучивали над ним на эту тему, а уже следующие поколения были точно уверены – именно Менделеев и является первооткрывателем этого напитка.
Ходили слухи и о том, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле дуба. Нередко звучали шутки и относительно любительского хобби ученого – плетения чемоданов. Часто даже звучало прозвище Чемоданных дел мастер.
Переоценить вклад этого великого ученого в историю развития химической науки невозможно. Ему обязаны не только выведением общего закона для всех элементов, существующих в природе, но и дальнейшими исследованиями. Опираясь на данные Менделеева, ученые проводили все больше экспериментов, пытаясь не только найти но и синтезировать недостающие элементы для изучения их свойств.
Таблица Менделеева
К середине XIX века ученым были известны 63 (из которых один – дидим Di – оказался в дальнейшем смесью двух открытых празеодима и неодима) химических элемента, и попытки найти закономерности в их свойствах предпринимались неоднократно. Так, в 1829 году Дёберейнер опубликовал найденный им “закон триад”: атомный вес многих элементов близок к среднему арифметическому двух других элементов, близких к исходному по химическим свойствам (стронций, кальций и барий; хлор, бром и йод и др.). Первую попытку расположить элементы в порядке возрастания атомных весов предпринял Александр Эмиль Шанкуртуа (1862), который разместил химические элементы вдоль винтовой линии и отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. Однако эти модели не привлекли внимания научной общественности.
В 1866 году свой вариант периодической системы предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, модель которого (“закон октав”) внешне немного напоминала менделеевскую, но была скомпрометирована попытками автора найти в таблице музыкальную гармонию. В этом же десятилетии появились ещё несколько попыток систематизации элементов; ближе всего к окончательному варианту подошёл Юлиус Лотар Мейер (1864).
Свои соображения о периодической системе элементов Д.И. Менделеев долго не мог представить в виде ясного обобщения, строгой и наглядной системы. Об интуиции Менделеева профессор А.А. Иностранцев сообщил следующее. Однажды, уже будучи секретарем физико-математического факультета, Иностранцев зашел проведать Менделеева. Д.И. Менделеев заговорил о том, что впоследствии воплотилось в периодическую систему элементов, но в ту минуту закон и таблица еще не были сформированы. «Все в голове сложилось, – с горечью прибавил Менделеев, – а выразить таблицей не могу». После этого Менделеев три дня и три ночи, не ложась спать, проработал у конторки, пробуя скомбинировать результаты своей мысленной деятельности в таблицу, но попытки оказались тщетными. Наконец, крайне утомленный он лег спать и тотчас заснул. Позже он говорил: “Вижу во сне таблицу, где элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, – только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка”. “Возможно, – добавил профессор Иностранцев, – что этот клочок бумаги сохранился и до настоящего времени. Менделеев нередко пользовался для заметок неиспользованными полулистиками почтовой бумаги от полученных им записок”. Этот рассказ породил различные мифы и упрощенные представления.
Однажды к Менделееву пришел сотрудник газеты “Петербургский листок”, чтобы взять у него интервью по вопросам химии. Репортер спросил: “Как вам пришла в голову, Дмитрий Иванович, ваша периодическая система?” Менделеев: “О-о! Господи!” Затем последовали стоны, потрясание головой, вздохи и смех. И, наконец, решительное: “Да ведь не так, как у вас, батенька! Не пятак за строчку! Не так, как вы! Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку – готово! Не так-с!”
Написав на карточках основные свойства каждого элемента, Менделеев начинает многократно переставлять эти карточки, составлять из них ряды сходных по свойствам элементов, сопоставлять ряды один с другим. Итогом работы стал отправленный в 1869 году в научные учреждения России и других стран первый вариант системы (“Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве”), в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов).
В 1870 году Менделеев в “Основах химии” публикует второй вариант системы (“Естественную систему элементов”), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы.
Сущность открытия Менделеева заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. После определённого количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться. Например, натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото похоже на серебро и медь. Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две – атомная масса и химическое сходство.
Д.И. Менделеев писал: “Посвятив свои силы изучению вещества, я вижу в нем два таких признака или свойства: массу, занимающую пространство и проявляющуюся в протяжении, а яснее или реальнее всего в весе, и индивидуальность, выраженную в химических превращениях, а яснее всего формулированную в представлении о химических элементах…”. Отсюда, продолжал Д.И. Менделеев, “… невольно зарождается мысль о том, что между массою и химическими элементами необходимо должна быть связь, а так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде атомов, то надо искать… соответствия между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами”. Так, в бесконечном многообразии свойств, присущих различным веществам, Менделеев усмотрел то общее свойство, которое, оказавшись присущим всех химическим элементам, привело его к открытию величайшего закона природы. Таким образом, присущим всем веществам свойством, оказался вес составляющих их атомов – атомный вес.
Для того чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (напр., бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон.
Научная достоверность Периодического закона получила подтверждение очень скоро: в 1875 – 1886 годах были открыты галлий (экаалюминий), скандий (экабор) и германий (экасилиций), для которых Менделеев, пользуясь периодической системой, предсказал не только возможность их существования, но и ряд физических и химических свойств.
В начале XX века с открытием строения атома было установлено, что периодичность изменения свойств элементов определяется не атомным весом, а зарядом ядра, равным атомному номеру и числу электронов, распределение которых по электронным оболочкам атома элемента определяет его химические свойства.
Дальнейшее развитие периодической системы связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоактивные элементы. В 2010 году, с синтезом 117 элемента, седьмой период периодической системы был завершён, однако проблема нижней границы таблицы Менделеева остаётся одной из важнейших в современной теоретической химии.
Периодическая таблица химических элементов Д. И. Менделеева, короткий вариант флэш-версия:
[swf src=”https://himgdz.ru/wp-content/uploads/2018/10/mendeleev_rus.swf” width=800 height=450]
Цитата:
Максим Горький
советский писатель, поэт, прозаик, драматург.
Какой гений всё-таки был Менделеев! Айфон рядом не стоял
Периодическая таблица, таблица Менделеева — кто не помнит её по школьным урокам химии и физики?
Между тем периодическая таблица Менделеева, по мнению множества видных ученых прошлого и современности, стала определяющей вехой не только в химии, но и во всей современной фундаментальной науки и её прямого выражения — техники, которая нас окружает.
Кто вообще такой Менделеев?
“Трёхногий” портрет отца мировой химии
Удивительно, что именно Менделеев стал родоначальником Периодического закона, ставшего основой периодической системы химических элементов.
Ставший 17-м ребенком директора Тобольской гимназии, он не проявлял призвания к какой-либо науке вплоть до старших курсов гимназии, однажды оставшись на второй год. Со временем ему удалось подтянуться и закончить Главный педагогический институт Петербурга с золотой медалью.
Став учителем в Одессе, он проявлял множество странных, нехарактерных для интеллигента того времени привычек и увлечений. Одним из них было увлечение кожевенным делом и шитьё: Менделеев самостоятельно переплетал книги, делал чемоданы и шил одежду для себя самого.
Пороховые заводы Менделеева
В числе других его увлечений оказалось воздухоплавание, экономика и футурология. Попутно он создал основы современной метрологии, разработал первый ледокол. Занятие естественными науками приводило ученого то к созданию русского бездымного пороха, то к попытке разработки собственной теории эфира для объяснения свойств капиллярных сосудов.
Однако водка, несмотря на устоявшееся мнение, никак не связана с именем Менделеева. Водка родилась задолго до защиты диссертации «О соединении спирта с водой», посвященной на самом деле теории растворов (указал о необходимости учитывать химизм раствора), а не русскому национальному напитку.
Менделеева совершил первый метеорологический полет в России
Но все же главное его открытие — Периодический закон: сегодня его относят к одному из фундаментальных законов мироздания, поскольку она до сих по является аксиоматической, абсолютной.
Это противоречит самим законам науки. Однако, правота Менделеева подтверждается раз за разом. И многое мы видим прямо за экраном своего монитора.
Откуда появилась великая таблица Мендлеева?
Памятники Менделееву существуют во всех странах мира
К моменту появления периодической таблицы в 1869 году было открыто 63 химических элемента. Все они представлялись в виде хаотического набора, хотя попытки какого-то упорядочения совершались регулярно.
Первой известной публикацией на этот счет стал «закон триад» (1829 год) Иоганна Дёберейнера, однако он дальше понимания связи атомной массы и химических свойств элементов не продвинулся.
Позднее Александр Эмиль Шанкуртуа создал «Теллуров винт» (1862), разместив элементы на винтовой линии. Ему удалось увидеть частое циклическое повторение химических свойств по вертикали.
Самой правдоподобной стала система Юлиуса Лотара Мейера (1864), который смог составить таблицу, упорядочив элементы по свойствам и весам. Увы, он взял за основу периодичности свойств валентность, что оказалось ошибкой.
Главный конкурент, который подсказал идею: Лотар Мейер
Менделеев, по собственным словам, занимался проблемой систематизации химических элементов на протяжении 20 лет (а не спонтанно во время сна, вопреки устоявшемуся мнению), перекладывая карточки с названием и свойствами элементов в поиске нужной комбинации.
И в 1869 ему удалось найти ответ, опубликованный в статье журнала Русского химического общества «Соотношение свойств с атомным весом элементов».
Сегодня существует несколько сотен вариантов изображения его периодической системы: в виде кривых, таблиц и даже других геометрических фигур.
Периодическая таблица Мейера довольно скудна
Чуть позже идею подхватил Мейер, опубликовав собственную работу с аналогичным результатом. Знал ли он о достижении Менделеева? Незивестно. К тому же он смог организовать лишь 28 элементов
Однако, из-за него в Европе и США Периодическая таблица Менделеева не имеет в названии имени собственного.
Тем не менее, мировое сообщество ученых трижды выдвигало Менделеева лауреатом Нобелевской премии. Увы, ему не удалось стать членом Российской академии наук, а её члены раз за разом отвергали кандидатуру.
Таблица Менделеева важна, но Периодический закон – ещё важнее
Менделеев смог открыть один из всеобъемлющих законов
Как ни странно, важнейшее открытие Менделеева обычно остается за кадром – Периодический закон:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная формулировка практически ничего не меняет, лишь дополняя исходный текст:
Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Периодическая система стала графическим выражением Периодического закона, который устанавливает зависимость свойств элементов от их атомного веса (атомной массы или атомного числа — числа протонов в атоме).
Современный вид таблицы Менделеева
Размещение элементов в таблице удовлетворяет одновременно 2 условиям: они
▪️ организованы веса атомов,
▪️ химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим.
Закон справедлив для всех существующих и гипотетических элементов, исключая самых первых — они просто не имеют ничего перед собой (хотя многие пытаются разместить там гипотетический «эфир», ссылаясь на самого Менделеева, хотя он таких попыток не делал).
Интересно, что в первой версии было лишь 60 элементов таблицы. Сегодня их 118, а конечно число… Теоретически оно могло бы быть бесконечным, если бы не квантовая физика, но об этом чуть позже.
Почему в таблице Мендлеева были пустые клетки?
Памятник Менделееву в Тобольске пора пополнять новыми элементами
Значимость теории Менделеева, спустя некоторое время ставшей аксиомой современной науки, проявилась довольно быстро. Дело в том, что до него элементы упорядочивали в сплошную линию.
Но уже первая версия таблицы Менделеева оставляла пустыми несколько клеток под новые элементы: пустые места должны были занять так называемые эка-элементы, похожие на соседей. Менделееву даже удалось с поразительной точностью предсказать целый ряд их физических и химических свойств.
Соответствующие экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец были получены экспериментально, получив уже в наше время собственные имена скандий, галлий, германий, технеций. Практика эка-элементов сохраняется и по сей день.
Для известных в середине XIX века бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия Менделееву пришлось исправить атомные веса, чтобы разместить их в таблице согласно химическим свойствам, на что не решился ни один другой исследователь. И это тоже оказалось верным.
Один из первых вариантов таблицы Менделеева с предсказанными элементами
Абсолютность таблицы однажды подвела исследователей: инертным газам в первое время не нашлось в ней места, поэтому их существование активно отвергалось.
В дальнейшем периодичность позволила найти класс несуществующих (или чрезвычайно редких) в природе при обычных состояниях трансурановых элементов.
Как таблицу Менделеева проверили и доделали другие
Мозли связал номер элемента в Таблице и его физические свойства
Окончательный вид подтверждения Периодического закона нашел английский физик Генри Мозли:
Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером.
Это привело к более глубокой трактовке закона, о котором Менделеев не мог даже догадываться:
▪️ порядковый номер элемента = мера электрического заряда атомного ядра этого элемента,
▪️ номер горизонтального ряда (периода) = число электронных оболочек атома,
▪️ номер вертикального ряда (группы) определяет квантовую структуру оболочки, что определяет сходство химических свойств.
Как понять таблицу Менделеева, если ты не шаришь?
Краткая шпаргалка к Таблице Менделеева
Периодический закон легко применять на практике. Ещё со школы мы все должны знать: натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото — на серебро и медь. Следующий элемент просто как бы прибавляет к уже существующим ещё что-то.
По самой таблице так же можно узнать примерные свойства. В подгруппах сверху вниз:
▪️ усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические (появляются свободные электроны — проводит ток);
▪️ возрастает атомный радиус (выше плотность/масса),
▪️ возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот (действие сильнее),
▪️ электроотрицательность падает (хуже соединяется с другими элементами).
В периоде с увеличением порядкового номера элемента:
▪️ электроотрицательность возрастает (лучше образовывает соединения),
▪️ металлические свойства убывают, неметаллические возрастают (хуже проводит ток),
▪️ атомный радиус падает (хуже создает соединения).
Ещё одно свойство связано с традиционной, «короткой» формой таблицы, предложенной самим Менделеевым: если сложить её пополам, посредине IV группы, окажется, что элементы напротив друг друга могут образовывать соединения друг с другом.
Хотя на первый взгляд это не нужно в обыденности, таблица Менделеева помогает быстро понять, например: какая кислота «сильнее», что лучше проводит ток, к чему не стоит прикасаться, чем можно отравиться.
Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы
Здесь создают новые химические элементы
Вряд ли Менделеев предполагал, как далеко зайдут его последователи в поиске продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, руд.
Открытие ядерной реакции позволило создать новый способ «пополнения» таблицы: расщепление урана (элемент 92) позволило создать трансурановые элементы, вместе с которыми известно 118 элементов.
Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов
Например, для создания теннесина (номер 117 соответствует числу протонов в ядре) ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из беркелия (97 протонов).
Синтез кальция с калифорнием (98) позволил появиться на свет долгоживущему изотопу оганесона (118).
Что ждёт таблицу Менделеева в ближайшем будущем?
Границы таблицы попытался определить Ричард Фейнман
Элементы 119 и 120, над получением которых работают исследователи Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Московская область), обещают показать принципиально новые физические свойства.
Они которые не вписываются в существующую физическую модель мироздания. А закон Менделеева продолжает работать.
Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Но не потому, что больше их не существует — мы просто не сможем определить количество протонов и нейтронов в его ядре.
В ближайшие 2 года ожидается открытие 120 элемента
Число 1/137 – постоянная Зоммерфельда (постоянная тонкой структуры), которая описывает вероятность поглощения или излучения электроном фотона.
Элемент с 137 электронами в соответствии с определением этой константы должен с вероятностью в 100% поглощать падающий на него фотон.
Его электроны будут вращаться со скоростью света. А электроны элемента 139, чтобы существовать, должны вращаться быстрее, чем скорость света. Не может быть?
Менделеев объединил усилия всех
Увы, текущие расчеты показывают, что фотоны в огромных атомах оганесона должны превысить скорость света, что противоречит самой сути фотона – единичного кванта света.
Это нарушает основные принципы квантовой физики. Но, возможно, именно открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева даст ключ к созданию Теории Всего, которая должна объединить существующие знания в естественных науках.
Закон, открытый 150 лет назад русским ученым, изменит понимание мироздания. Быть может ещё сильнее, чем когда-то это сделала Теория относительности.
Д. И. Менделеев и периодическая система элементов
Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907)
В сентябре 2017 года Генеральная ассамблея ООН провозгласила «год, начинающийся 1 января 2019 года, Международным годом Периодической таблицы химических элементов в целях повышения осведомленности мировой общественности о фундаментальных науках и расширения образования в области фундаментальных наук». Это было сделано по предложению нескольких международных организаций, в том числе Международного союза теоретической и прикладной химии, Российской академии наук, Объединенного института ядерных исследований, Российского химического общества имени Д. И. Менделеева.
150 лет назад, 17 февраля 1869 года (по принятому тогда в России юлианскому календарю), Дмитрий Иванович Менделеев поставил эту дату и свою подпись под одностраничной рукописью, названной им «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сродстве». Отчетливо сознавая значение сделанного им открытия («опыта»), Д. И. Менделеев через несколько дней отправил сделанные переписчиками копии этой рукописи западноевропейским коллегам-химикам. Прежде всего, он послал рукопись немцу Юлиусу Лотару Мейеру (1830–1895), англичанину Джону Ньюлендсу (1837–1898) и итальянцу Станислао Канницаро (1826–1910). Интересно отметить, что эти химики и сам Менделеев были практически ровесниками, сравнительно молодыми учеными. В 1860–66 годах они независимо друг от друга стремились навести порядок в системе химических элементов, которых тогда было известно уже около 60. Большая часть из этого числа была открыта в 40–60-е годы XIX века и для них еще не были надежно определены атомные веса и химические свойства (возможные валентности).
В 1860 году С. Канницаро, расположив элементы в порядке увеличения их атомного веса, подметил некоторые закономерности в похожести химических свойств. Л. Мейер в 1864 году, выбрав 28 элементов, впервые составил некую таблицу из 6 столбцов, соответствующих 6 возможным валентностям. Но в каждой из 5 строк этой таблицы элементы располагались не по возрастанию атомного веса, а довольно хаотично. Причиной этого было неточное знание атомных весов и наличие нескольких возможных валентностей у многих элементов. Периодичность по строкам и столбцам нарушалась. Но сама идея поисков периодичности при расположения элементов по строкам и столбцам была здравой и многообещающей. На родине Мейера, в городке Фарель в Нижней Саксонии, неподалеку от устья Эльбы установлен мемориал с тремя скульптурными портретами — Мейера, Менделеева и Канницаро.
Английский химик Д. Ньюлендс тоже подметил некоторую закономерность в списке элементов. Он назвал эту закономерность «правилом октав». В начале списка Канницаро валентности повторялись через каждые шесть элементов, 2-й, 9-й и 16-й элементы имели валентность 1, а 3-й, 10-й и 16-й элементы имели валентность 2.Это походило на музыкальную октаву, в которой между тонами «до» расположено шесть других основных тонов. Правда, после кальция, занимавшего 17-е место в списке, это правило теряло свою обязательность. Опубликованная в 1865 году работа Ньюлендса не вызвала, однако, интереса у химиков и даже подверглась насмешкам на заседании Лондонского химического общества.
Таким образом, у истоков создания периодической системы стояли четыре человека, однако создателем периодической системы элементов признан российский химик.
Так что же сделал Д. И. Менделеев?
Прежде всего, он руководствовался списком не из 28 элементов (Мейер) и не из 40 элементов (Канницаро), а из 67 элементов, смело оставив в этом списке места для трех, совершенно неизвестных в то время элементов, по его мнению обязанных находиться в определенных местах таблицы согласно их возможной валентности и возможному атомному весу. Это означает, что для самого автора периодичность уже была установленным законом, хотя он и озаглавил свою таблицу «опытом». В этом сказалась методологическая (философская) убежденность Менделеева в существовании цикличности в глобальных законах природы.
«Опыт системы элементов» (1869 г.)
В первом варианте своей таблицы Менделеев, в отличие от Мейера, элементы с одинаковой валентностью располагал не по вертикали (в столбах), а по горизонтали (в строках). Это не меняло сути дела, и уже во втором варианте таблицы в 1870 году он повернул таблицу на 90 градусов, и она приняла более привычный нам вид. Номера столбцов стали соответствовать «главным» валентностям элемента (с первого по седьмой) и называться группами, а строки получили название периодов, в которых содержалось либо 7, либо 17 элементов. Отличие от современных значений — 8 групп (или 18, как принято в наиболее современных вариантах периодической системы) и по 8 или 18 элементов в периоде — обусловлено тем, что в то время еще совершенно не были известны элементы, называемые сегодня благородными (инертными) газами. Только за 4 месяца до открытия Менделеева появились первые сообщения о гипотетическом солнечном газе, а на Земле гелий был открыт лишь через 27 лет после этого. И уже впоследствии состоялось открытие других благородных газов.
Очень важным было то, что менделеевская таблица предсказала существование нескольких неизвестных тогда химических элементов, которые Менделеев назвал эка-алюминием, эка-кремнием и эка-бором. Через 6 лет после работы Менделеева французским химиком Лекоком де Буабодраном был открыт элемент, названный галлием. И хотя интересы Менделеева в это время уже сместились в другие области науки, он продолжал следить за научными публикациями по химии. Прочитав об открытии галлия, он тут же узнал в нем свой предугаданный эка-алюминий.
Сообщение Менделеева об этом в письме французскому химику произвело настоящую сенсацию среди ученых. Тем более, что предсказания Менделеева о плотности и атомном весе этого элемента оказались даже более точными, чем первоначально опубликованные опытные данные. В десятках европейских лабораториях химики стали лихорадочно искать остальные предсказанные Менделеевым элементы и проверять у известных элементов сомнительные атомные веса и химические свойства. И уже через год шведский химик Ларс Нильсон открыл элемент, полностью соответствующий описанному Менделеевым эка-бору. Он назвал его в честь своей родины скандием. При жизни Менделеева был открыт элемент германий (эка-кремний) и началось открытие семейства благородных газов.
Периодическая таблица элементов (1905 г.)
Опубликованная Менделеевым в очередном издании своих «Основ химии» в 1905 году таблица периодической системы уже гораздо больше походила на современную. Окончательно эта таблица получила современный вид после работ по анализу рентгеновских спектров элементов Генри Мозли (1913 г.). Мозли понял, что не только валентность, определяемая числом электронов во внешней электронной оболочке атома, определяет положение элемента в той или иной группе. Большую роль играют и спектры, связанные с электронными переходами во внутренних оболочках (К-, L- и М-электронных оболочках). Гораздо резче, чем в оптических спектрах, в рентгеновских спектрах проявляется номер элемента в периодической системе. Сегодня мы знаем, что это и есть зарядовое число атомного ядра элемента. Это позволило Мозли уточнить расположение в периодической таблице многих редкоземельных элементов и предсказать, в свою очередь, открытие ряда тогда еще неизвестных элементов. И в наше время, когда на мощных ускорителях в нескольких мировых научных центрах (и прежде всего в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне) открыто уже 26 трансурановых элементов, каждый из них занимает положенную ему «клеточку» в периодической системе согласно атомному весу и строению электронных оболочек, определяемому по рентгеновским спектрам.
Очередным триумфом менделеевской таблицы стало открытие 118-го элемента, который занял место в группе благородных газов. И он получил имя, которое оканчивается не на «-ий», как у всех других трансурановых элементов, а на «-он», как это и положено всем элементам восьмой группы, кроме гелия. Имя это — «оганесон» — дано в 2018 году международным комитетом в честь руководителя работ в Дубне академика РАН Ю. Ц. Оганесяна. Второй раз элементу присвоено имя в честь здравствующего ученого (первым был американский физик Гленн Сиборг, определивший в 1941 году нептуний и плутоний). Среди названий трансурановых элементов 2 астрономических, 9 географических, а 15 названы в честь ученых. Так, 99-й элемент — это эйнштейний, 100-й — фермий, а 101-й элемент заслуженно носит имя «менделевий». Не подлежит сомнению и роль Менделеевской таблицы в открытии элементов радия и полония, за что Мария Склодовская-Кюри в 1911 году получила вторую Нобелевскую премию, на этот раз — по химии.
Но наибольший триумф периодической системы — это ее теоретическое обоснование, сделанное в 1926 году Вольфгангом Паули на основе только что созданного тогда матричного представления квантовой механики. Это обоснование стало одним из первых доказательств справедливости квантовой механики, этого, по мнению многих ученых, величайшего достижения науки в ХХ веке.
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в Тобольске в семье директора гимназии и попечителя народных училищ Тобольской губернии Ивана Павловича Менделеева и Марии Дмитриевны Менделеевой, урожденной Корнильевой. В семье было 14 детей, но восемь из них умерли в младенчестве. Дмитрий был младшим сыном, «последышем», как он сам себя называл впоследствии. Иван Павлович вскоре после рождения младшего сына ослеп и, хоть зрение ему частично смогли восстановить московские хирурги, к работе он вернуться не смог и скончался, когда сыну было чуть больше 10 лет. Воспитанием будущего ученого занималась его мать, происходившая из старинного сибирского рода купцов и промышленников. Она самостоятельно прошла полный гимназический курс и сыграла особую роль в жизни семьи, фактически став главным семейным педагогом.
Мария Дмитриевна быстро поняла, что ее младший сын имеет выдающиеся способности, хотя в гимназии он увлекался математикой и физикой, а к гуманитарным предметам не испытывал интереса. Способности мальчика и его трудолюбие позволили ему закончить гимназический курс в 15 лет. Через год Мария Дмитриевна распродала имущество и отправилась с семьей сначала в Москву, а потом в Петербург, где тогда достаточно высоким был уровень естественно-научного образования, к которому стремился всей душой ее сын. Ей удается обеспечить досрочное (по возрасту) поступление сына в институт, а через год она умирает.
В предисловии к одной из первых научных работ Дмитрий Менделеев пишет:
«Это исследование посвящено памяти матери ее последышем. Она смогла его вырастить своим трудом и любовью, воспитывая примером, и, чтобы отдать науке выходца из Сибири, тратила последние средства и силы. Умирая, завещала: избегать самообольщения, настаивать в труде, а не в словах, терпеливо объяснять научную правду, ибо понимала, как при помощи науки, без насилия, любовно, но твердо устраняются предрассудки и ошибки и достигается свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считаю священными».
В 21 год Менделеев закончил физико-математический факультет Главного педагогического института в Петербурге с золотой медалью и титулом «старший учитель». Два года он работал сначала в Симферополе, а потом в Одессе в гимназии при Ришельевском лицее преподавателем физики, математики и естественных наук. За это время он подготовил и с блеском защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию по химической проблеме и стал приват-доцентом этого университета.
В России тогда наступало новое время — эпоха отмены крепостного права, эпоха преобразований и организация регионального (земского) управления. Правительство Александра II понимало необходимость для этого подготовки просвещенных управленческих кадров, а значит, и развития образования и науки. Резкое увеличение финансирования университетов позволило Менделееву стать стипендиатом двухгодичной стажировки в научные учреждения Германии.
За границей Менделеев не только изучал новейшие достижения химической науки и технологии. Он смог получить средства для создания лаборатории, в которой изучал физико-химические свойства газов и жидкостей, в частности зависимость температуры кипения жидкостей от давления и свойств насыщенного пара.
Менделеев показал, что выше некоторой температуры ни при каком давлении не существует длительного процесса кипения жидкости и, соответственно, не существует явления постепенного сжижения газа. При некоторых температуре и давлении происходит одномоментное сгущение газа или расширение жидкости. Эти параметры впоследствии были названы «критическими», а само состояние вещества при этом — «критическим состоянием». Оказалось, что получение сжиженного газа с помощью сжатия возможно лишь при температуре ниже критической. Открытие Менделеева легло в основу всех будущих технологий получения сжиженных газов.
Во время своей стажировки в Германии Менделеев только начал эти работы. Вернувшись в Россию, он не смог найти подходящее место и финансирование для продолжения работ по сжижению газов. Ведь он формально (по диссертации) был химик, но в химической науке еще не успел проявить себя должным образом. И Менделеев принимает решение отложить на время свои научные занятия. На основе своего обширного знания химии он создает остро необходимый тогда учебник «Органическая химия», а также переводит и издает немецкий учебник «Химическая технология».
Эти издания принесли Д. И. Менделееву известность в научных кругах. А полученная за них академическая Демидовская премия обеспечила некоторое материальное благополучие. Эта премия, между прочим, существует под несколько измененным названием и в наше время и присуждается за выдающиеся научные достижения. Среди недавних лауреатов этой премии такие выдающиеся ученые, как физики Ж. И. Алферов и В. А. Рубаков, математики Л. Д. Фаддеев и Б. В. Раушенбах, историк В. Л. Янин, биологи А. А. Баев и А. С. Спирин, химик И. И. Моисеев.
Демидовская премия позволила Менделееву совершить путешествие по Европе вместе с молодой женой, Феозвой Никитичной Лещевой, его землячкой по Тобольску, падчерицей знаменитого тобольчанина (или «тоболяка», как больше нравится жителям этого города) Петра Павловича Ершова, официального автора «Конька-горбунка». Свое свадебное путешествие Менделеев вовсю использовал для общения с европейскими химиками и изучения всех новинок химической науки.
По возвращении из европейской поездки Менделеев получил место штатного доцента органической химии Петербургского университета и одновременно профессорскую должность в Петербургском технологическом институте. Через два года после защиты докторской диссертации Менделеев становится профессором Петербургского университета по кафедре технической химии.
В это время возникла острая необходимость создать новый учебник по неорганической химии, который бы отражал новейшие достижения бурно развивавшейся химической науки. Эта идея захватила Менделеева. Но в каком порядке излагать описания и химические свойства элементов? Ведь они так разнообразны.
Хорошо изучив свойства всех известных тогда элементов, Менделеев составил картотеку и все время мысленно тасовал эту «колоду», пытаясь найти закономерности расположения элементов. Он знал о подобных попытках европейских химиков, но долгое время у него, как и у них, ничего не выходило. Получила распространение легенда, что решение проблемы пришло к нему во сне. Эту легенду сам Менделеев и создал, живописно описывая, как однажды после бессонной ночи ему в полусне явилось единственно возможное расположение элементов и он тут же записал его на первом попавшемся клочке бумаги. Психологи считают, что это был не сон, а промежуточное состояние между сном и бодрствованием, в котором мозг работает с особой активностью. Менделеев при этом добавлял, что ничего не видит в этом особенного, поскольку долгое время он непрерывно думал об этом, прежде чем решиться на окончательный вариант таблицы, где были вакантные места и где он смело изменял известные тогда атомные веса некоторых элементов, чтобы они заняли соответствующие места в строках и столбцах таблицы. Так, например, несмотря на то, что атомный вес элемента урана тогда считался равным всего лишь 60 условных единиц, Менделеев «присваивает» урану значение атомного веса в 4 раза большее (как оно и оказалось на самом деле) и помещает уран в то самое место таблицы, где он и должен находиться.
Портрет Д. И. Менделеева в мантии доктора права Эдинбургского университета, написанный И. Е. Репиным (1885 г.)
Законный триумф и мировое признание, особенно после открытия предсказанных им элементов, не помешали Менделееву продолжать активно работать. Но его научные интересы сместились в другие области. Он вновь занялся изучением поведения газов при различных давлениях и для не очень высоких давлений переосмыслил открытый в 1834 году французским инженером и физиком Полем Клапейроном закон и ввел понятие универсальной газовой постоянной. С тех пор этот закон носит имя Менделеева — Клапейрона и называется уравнением состояния идеального газа. Но на этом Менделеев не успокоился и стал исследовать отклонения от этого закона. Он ввел понятие «реальные газы» и качественно описал отклонения поведения этих газов от «идеальности».
Велики заслуги Менделеева в физической химии, химической технологии и смежных отраслях техники. Вот только некоторые из них: создание безопасного способа получения одного из вариантов бездымного (пироксилинового) пороха, обеспечившее широкое распространение его в мире («менделеевский» порох); разработка теории растворов, в частности определение наиболее оптимального соотношения компонентов в смеси различных жидкостей; изучение поверхностного натяжения жидкостей и доказательство его исчезновения в критическом состоянии вещества; исследование состава нефти и доказательство ее как биогенного, так и абиогенного происхождения; обоснование значения многих составляющих нефти как ценных химических продуктов и разработка методов извлечения из нефти этих продуктов (знаменитая фраза: «сжигать нефть — это все равно, что топить печку ассигнациями»).
К этому впечатляющему «химическому» перечню можно добавить целый ряд других интересов и достижений Д. И. Менделеева. Например, метрологические исследования, руководство созданной им российской «Палатой мер и весов»; метеорологические исследования, изучение земной атмосферы и солнечной короны; участие в создании первых в мире ледоколов для освоения Арктики; написание 25 статей по проблемам промышленной экологии в энциклопедическом словаре Брокгауза и Эфрона.
Но одно из менделеевских увлечений выделяется из общего ряда. Для полноценных наблюдений за солнечной короной во время полного солнечного затмения летом 1887 года Менделеев разрабатывает проект стратостата, равного которому тогда в мире не существовало (диаметром 20 м и объемом больше 3000 м 2 ). Он делает это совместно с изобретателем и воздухоплавателем С. К. Джевецким. Вместе с Менделеевым должен был лететь пилот-аэронавт. Но когда выясняется, что в неожиданно наставшую дождливую погоду шар не сможет поднять двух человек, Менделеев решает, что он полетит один, и после необходимого инструктажа об управлении шаром поднимается в воздух. К сожалению, и на высоте солнце осталось скрытым за облаками и пришлось довольствоваться только изучением свойств земной атмосферы на различных высотах. При этом из-за отказа клапана шар поднялся выше облаков на незапланированную высоту 3,5 километра, но, увы, затмение уже закончилось. Менделеев сумел исправить клапан и благополучно приземлиться на расстоянии 100 километров от точки старта.
Этот штрих менделеевской биографии иллюстрирует его необычайную смелость, проявившуюся не только в подвиге создания периодической таблицы. Менделеев был смел и принципиален во всех своих делах, в том числе и в отношениях с «властями предержащими». В конце XIX века в России властями стала проводиться политика «укрепления дисциплины и правопорядка» в обществе и прежде всего в университетах, где студенческая молодежь стала стремиться к реформам образования. Менделеев несколько раз обращался в «инстанции», заступаясь за исключаемых из университета «бунтовщиков».
Результатом стало его увольнение из университета и отставка из почти всех комиссий, в которых он деятельно участвовал. Два раза Менделееву было отказано в избрании членом Российской академии наук, хотя он был уже членом нескольких десятков престижных академий и научных обществ всего мира. Дважды правительство настояло на отзыве представлений Менделеева на награждение Нобелевской премией, сделанных видными российскими химиками. И это, безусловно, повлияло на нобелевский комитет, так и не удостоивший Менделеева этой награды, к недоумению всего мирового химического сообщества.
Важное место в жизни Менделеева в то время занимали еженедельные вечера, где собирались коллеги и друзья, в том числе художники И. Е. Репин, А. И. Куинджи, И. И. Шишкин и другие передвижники. В этом салоне непринужденно обсуждались все события научной и политической жизни общества. Жена Менделеева демонстративно не принимала участия в этих встречах. Семейные отношения становились все более сложными и безысходными. В конце 1876 года 42-летний Менделеев на одном из своих салонных вечеров знакомится с 16-летней Анной Ивановной Поповой (1860–1942).
Молодая девушка выбрала необычную для того времени судьбу. Выросши в старозаветной семье донского казацкого атамана, она каким-то образом восприняла передовые идеи нарождавшейся русской интеллигенции, выбрав для себя путь просвещения народа. Тайно от отца (но с материнского благословления) она уехала в столицу, чтобы учиться на женских курсах (прообразе знаменитых «бестужевских курсов» — первого женского университета России). Она училась живописи, была принята в менделеевском салоне, чувствовала себя в нем свободно и непринужденно и, конечно, не могла не обратить внимания на его главу — знаменитого химика. И ни всемирная слава Менделеева, ни 26-летняя разница в возрасте не помешали ей наряду с безмерным уважением почувствовать любовь. А Дмитрий Иванович не мог не интересоваться Анечкой, как ее стали называть в салоне. Не желая быть причиной разрушения семьи, Аня «сбежала» в Италию. Узнав об отъезде, Менделеев бросил все и уехал вслед за Анной. Через месяц они возвратились вместе.
После развода с первой женой жизнь Менделеева резко изменилась. Анна Ивановна была внимательной и заботливой женой и разделяла все взгляды своего мужа. В этом браке родилось четверо детей. Неподалеку от загородного подмосковного дома Менделеева была деревня Шахматово, где в летнее время жила семья дочери ректора Петербургского университета ботаника А. Н. Бекетова большого друга Д. И. Менделеева. И там познакомились старшая дочь Менделеева Любовь Дмитриевна и внук Бекетова, Александр Александрович Блок, будущий великий русский поэт. Они стали мужем и женой.
В биографии многих знаменитых людей вплетаются и анекдотические истории. Присутствуют они и в биографии Менделеева. О легенде открытия, сделанного во сне, уже упоминалось. Другая притча о Менделееве — об изобретении им, якобы, русской сорокаградусной водки. На самом деле введение государственного акциза на водку произошло еще в 1844 году, когда Менделееву не исполнилось и десяти лет. Впоследствии Менделеев много занимался теорией растворов. Этому была посвящена его докторская диссертация, в которой он установил, что существует некоторое оптимальное соотношение смешивания различных жидкостей, при котором плотность смеси максимальна. Но для этилового спирта и воды это было вовсе не 40%, а совершенно другая величина — две части спирта на одну часть воды, что безусловно не годилось для народного алкогольного продукта. А во Франции именно это соотношение было принято, на основе работ Менделеева, для французского абсента — смеси этилового спирта с настойкой из 14 трав.
Но вот рассказы о Менделееве, как об известном мастере чемоданного дела, имели реальное основание. Еще в самом начале своей педагогической деятельности в Симферополе и Одессе его материальное положение было весьма тяжелым. И Менделеев нашел способ его поправить. Он изобрел особый лак, который делал фибровую основу чемодана очень прочной и в то же время легкой. Но кроме этого такой чемодан выглядел как очень дорогое кожаное изделие. Впоследствии это умение стало «хобби» ученого. Он с удовольствием отдыхал, делая чемоданы и раздаривая их знакомым.
Однако самым хорошим отдыхом для Дмитрия Ивановича были шахматы. На своих домашних вечерах он большую часть времени проводил за шахматной доской, что не мешало ему участвовать в интересных беседах. А игроком он был очень сильным.
Невозможно охарактеризовать деятельность Дмитрия Ивановича Менделеева и его достижения одним, даже самым емким определением. Химик Л. А. Чугаев в 1907 году написал о Менделееве так:
«Знаменитый химик, первоклассный физик, плодотворный исследователь в области термодинамики, гидродинамики, метеорологии, геологии, в различных отделах химической технологии и других сопредельных с химией дисциплин, глубокий знаток химической промышленности и промышленности вообще, особенно русской, оригинальный мыслитель в области учения о народном хозяйстве, государственный ум, которому, к сожалению, не суждено было стать государственным человеком, но который видел и понимал задачи и будущность России лучше представителей нашей официальной власти».
Дмитрий Иванович работал до последнего дня. Он скончался от воспаления легких 20 января 1907 года. Память о Менделееве сохраняется в названиях городов и поселков, многих географических и астрономических объектов и в многочисленных памятниках. А на мемориальном камне его могилы на Волковом кладбище Санкт-Петербурга достаточными оказались всего лишь три слова «Дмитрий Иванович Менделеев».