1 марта (17 февраля по юлианскому календарю) 1869 года русский учёный Дмитрий Менделеев составил периодическую систему химических элементов, основанную на их атомном весе и химическом сходстве. В честь 150 годовщины одного из самых значительных событий науки 2019 год объявлен Международным годом Периодической таблицы химических элементов.
По состоянию на 1869 год науке были известны всего 63 химических элемента. Менделеев был далеко не первым учёным, стремившимся упорядочить существующие элементы. В 1808 году этим вопросом занимался английский физик и химик Джон Дальтон: его таблицу нельзя назвать «периодической», так как она не определяет элементы в группы в зависимости от их свойств. Однако мысли Дальтона двигались в правильном направлении, он попытался рассчитать атомный вес веществ по отношению к атомам водорода, и некоторые цифры оказались достаточно близкими к истине, например, атомный вес железа и платины.
В 1864 году шотландский химик Джон Ньюлендс наткнулся на анонимную статью, автор которой считал, что атомный вес веществ всегда кратен восьми. Ньюлендс был уверен в ошибочности этого мнения, но оно натолкнуло его на поиск более вероятных закономерностей. Расположив все известные на тот момент элементы в порядке возрастания атомного веса, он обнаружил периодическое появление химически сходных элементов. Изучая его труды, Менделеев признал, что Ньюлендсу гораздо раньше него удалось уловить суть периодического закона, отразившегося в его «законе октав».
Гениальность Менделеева заключалась в том, что он не просто упорядочил известные 63 элемента, но и предположил существование определённого количества неизвестных. Более того, он достаточно метко предсказал химические свойства ещё не открытых элементов. В своих записях названия веществ, существование которых только предстояло доказать, он обозначил вопросительными знаками. Например, напротив алюминия (Al) значится неизвестный металл с атомной массой 68 а. е. м. (атомных единиц массы), плотностью около 6 г/см³ и очень низкой температурой плавления. В 1875 году французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран выделил галлий с атомной массой 69,7 а. е. м., удельным весом 5,9 г/см³ и настолько низкой температурой плавления, что он становится жидким от тепла человеческих рук. Менделеев также оказался прав касательно характеристик скандия, германия и даже технеция, который был открыт лишь через 30 лет после его смерти.
На первый взгляд оригинальная система химических элементов Менделеева совершенно непохожа на современную периодическую таблицу. Дело в том, что Менделеев не смог предугадать существование большого количества элементов, в частности ряда инертных газов – гелия, неона, аргона и т. д. Кроме того, близкие по свойствам элементы русский химик разместил в колонках, а в современной таблице они расположены в рядах. Если буквально перевернуть систему Менделеева на 90°, сходство с известной нам таблицей станет очевидным, например, расположенные в ряд галогены – фтор, хлор, бром и йод – сегодня являются элементами одной группы – 17-й.
Время экспериментов
После публикации периодической системы химических элементов Менделеева другие учёные незамедлительно взялись экспериментировать с альтернативными формами и расположением элементов. Одним из самых любопытных вариантов является спираль Генри фон Баумхауэра, изобретённая в 1870 году. В центре спирали располагался водород, а остальные вещества удалялись от него по мере увеличения атомной массы.
К началу XX века форма периодической таблицы окончательно обрела привычную нам горизонтальную ориентацию. В 1905 году Генри Вернер опубликовал систему, в которой благородные газы впервые заняли своё законное место в крайнем правом столбце. Подражая Менделееву, Вернер оставил свободные позиции для неизвестных элементов, но несколько перестарался.
Несмотря на вполне современный вид, таблица Вернера впоследствии претерпела ещё немало изменений. При разработке своей версии французский учёный Чарльз Жанет руководствовался сформулированной в 1925 году квантовой теорией. Жанет ориентировался на электронную конфигурацию – расположение электронов по электронным оболочкам атома на отдельных орбиталях. Его левостороннюю таблицу предпочитают использовать физики, так как она точнее характеризуют физические свойства и взаимосвязи между элементарными частицами. Как и Менделеев, Жанет оставил место для новых элементов – всего он определил 120 позиций. В его время было доподлинно известно о существовании 92-х элементов, а сегодня их число выросло до 118-ти.
Современная периодическая система химических элементов является прямым потомком таблицы Чарльза Жанета. Группы щелочных и щелочноземельных металлов перекочевали с правой стороны в крайние левые столбцы. Лантаноиды (элементы с 57 по 71 порядковый номер) и актиноиды (89-103) исключительно из эстетических соображений поместили под таблицей – длинный ряд элементов f-блока (электроны которых занимают атомную орбиталь f) просто не помещается на компактные таблицы.
Сегодня специалисты и любители продолжают совершенствовать существующую модель периодической системы, зачастую с целью подчеркнуть те виды взаимосвязи между элементами, которые незаметны на стандартизированном варианте. Самыми популярными сегодня являются 3D модели, например, «цветок Менделеева», в котором блоки орбиталей атомов – s, p, d и f – представлены отдельными лепестками.
За 150 лет своего существования периодическая таблица химических элементов стала культовым символом науки и её эволюции. Вдохновлённые её значимостью для современного мира, люди пытаются систематизировать всё, что приходит в голову – от сортов пива и персонажей Диснея до иррациональных и бредовых идей, распространённых в современном обществе.
