«Периодическая система элементов Д. И. Менделеева, история её открытия и экспериментальное подтверждение» (стр. 5 из 12)
Менделеев видел три обстоятельства, которые, по его мнению, способствовали открытию периодического закона:
-во-первых, были более или менее точно определены величины атомных весов большинства химических элементов;
-во-вторых, появилось чёткое понятие о группах сходных по химическим свойствам элементов (естественных группах);
-в-третьих, к 1869 г. была изучена химия многих редких элементов, без знания которой трудно было бы прийти к какому-либо обобщению.
Наконец, решающий шаг к открытию закона заключался в том, что Менделеев сопоставил между собой все элементы по величине атомных весов. Предшественники же Менделеева сравнивали элементы, сходные между собой. Т. е. Элементы естественных групп. Эти группы оказывались не связанными. Менделеев логично объединил их в структуре своей таблицы.
Впрочем, даже после огромной и тщательной работы химиков по исправлению атомных весов, в четырех местах Периодической таблицы элементы "нарушают" строгий порядок расположения по возрастанию атомных весов. Это пары элементов:
18Ar(39,948) – 19K (39,098);27Co(58,933) – 28Ni(58,69);
52Te(127,60) – 53I(126,904) 90Th(232,038) – 91Pa(231,0359).
Во времена Д. И. Менделеева подобные отступления считались недостатками Периодической системы. Теория строения атома расставила все на свои места: элементы расположены совершенно правильно - в соответствии с зарядами их ядер. Как же тогда объяснить, что атомный вес аргона больше атомного веса калия?
Атомный вес любого элемента равен среднему атомному весу всех его изотопов с учетом их распространенности в природе. Случайно атомный вес аргона определяется наиболее "тяжелым" изотопом (он встречается в природе в большем количестве). У калия, наоборот, преобладает более "легкий" его изотоп (то есть изотоп с меньшим массовым числом).Менделеев так охарактеризовал течение творческого процесса, который представляет собой открытие периодического закона: «…невольно зародилась мысль о том, что между массой и химическими свойствами необходимо должна быть связь. А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, то надо искать функциональное соответствие между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами. Искать же что-либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя. Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро и привело к тому заключению , что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса , причём , сомневаясь во многих неясностях, я ни минуты не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайность допустить было невозможно».
Глава 3. Трудный путь периодического закона.
§ 1. Пробелы и предсказания Д. И. Менделеева.
Принципиальная важность и новизна Периодического закона заключалась в следующем:
1. Устанавливалась связь между НЕСХОДНЫМИ по своим свойствам элементами. Эта связь заключается в том, что свойства элементов плавно и примерно одинаково изменяются с возрастанием их атомного веса, а затем эти изменения ПЕРИОДИЧЕСКИ ПОВТОРЯЮТСЯ.
2. В тех случаях, когда создавалось впечатление, что в последовательности изменения свойств элементов не хватает какого-нибудь звена, в Периодической таблице предусматривались ПРОБЕЛЫ, которые надо было заполнить еще не открытыми элементами.
Рис. 10. Первые пять периодов Периодической таблицы Д. И. Менделеева. Инертные газы еще не были открыты, поэтому они в таблице не показаны. Еще 4 неизвестных к моменту создания таблицы элемента отмечены знаками вопроса. Свойства трех из них Д. И. Менделеев предсказал с высокой точностью (часть Периодической таблицы времен Д. И. Менделеева в более привычном для нас виде).
Принцип, которым пользовался Д. И. Менделеев для предсказания свойств еще не известных элементов изображен на рисунке 11.
 Li |  Be |  B |
| Na |  Mg |  Al |
 K | Ca | Sc |
Рис. 11.Опираясь на закон периодичности и практически применяя закон диалектики о переходе количественных изменений в качественные, Менделеев указал уже в 1869 г., на существование четырёх ещё не открытых элементов. Впервые в истории химии было предсказано существование новых элементов и даже ориентировочно определены их атомные веса. В конце 1870г. Менделеев, основываясь на своей системе, описал свойства еще неоткрытого элемента III группы, назвав его «экаалюминий». Ученый также высказал предположение, что новый элемент будет открыт с помощью спектрального анализа. И действительно, в 1875 г. французский химик П.Э.Лекок де Буабодран, исследуя с помощью спектроскопа цинковую обманку, открыл в ней менделеевский экаалюминий. Точное совпадение предполагаемых свойств элемента с экспериментально определенными стало первым триумфом и блестящим подтверждением предсказательной силы периодического закона. Описания свойств «экаалюминия», предсказанного Менделеевым и свойства галлия, открытого Буабодраном даны в таблице 1.
| Предсказаны Д.И.Менделеевым (1871 г.) |
Установлены Лекоком де Буабодраном (1875 г.) |
| Экаалюминий Еа Атомный вес около 68 Простое тело, должно быть низко плавко Плотность близка к 5,9 Атомный объем 11,5 Не должен окисляться на воздухе Должен разлагать воду при краснокалильном жаре Формулы соединений: ЕаСl3, Еа2О3, Еа2(SO4)3 Должен образовывать квасцы Еа2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, но труднее, чем алюминий Оксид Еа2О3 должен легко восстанавливаться и давать металл более летучий, чем алюминий, а поэтому можно ожидать, что будет открыт путем спектрального анализа ЕаСl3 – летуч. | Галлий Ga Атомный вес около 69, 72 Температура плавления чистого галлия 30 градусов С Плотность твердого галлия 5,904, а жидкого – 6,095 Атомный объем 11,7 Слегка окисляется только при температуре красного каления Разлагает воду при высокой температуре Формулы соединений: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Образует квасцы NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Галлий восстанавливается из оксида прокаливанием в токе водорода; открыт при помощи спектрального анализа Температура кипения GaCl3 215-220 градусов С |
Табл. 1
В 1879г. шведский химик Л. Нильсон нашел элемент скандий, полностью соответствующий описанному Менделеевым экабору; в 1886 немецкий химик К. Винклер открыл элемент германий, соответствующий экасилицию; в 1898 г. французские химики Пьер Кюри и Мария Склодовская Кюри открыли полоний и радий. Менделеев считал Винклера, Лекока де Буабодрана и Нильсона «укрепителями периодического закона».
Оправдались и сделанные предвидения Менделеев: открыты тримарганец - нынешний рений, двицезий - франций и др.
После этого ученым всего мира стало ясно, что Периодическая таблица Д. И. Менделеева не просто систематизирует элементы, а является графическим выражением фундаментального закона природы - Периодического закона.
Этот закон обладает предсказательной силой. Он позволил вести целенаправленный поиск новых, еще не открытых элементов. Атомные веса многих элементов, определенные до этого недостаточно точно, подверглись проверке и уточнению именно потому, что их ошибочные значения вступали в противоречие с Периодическим законом.
Вся деятельность Менделеева и все его труды свидетельствуют о том, насколько ясно и глубоко он понимал значение предвидения в развитии науки. Менделеев в 1870 г. писал: «Судить об элементах, стоящих внутри системы в тех пределах, для которых известны уже многие элементы, мы имеем полное право; но нельзя того же сказать об элементах, долженствующих помещаться в крайних частях системы».
«Крайними частями» оказываются не только области начала и конца периодической системы (её нижний и верхний края), но и такие области внутри системы, как семейство редкоземельных элементов или семейства VIII группы (правый край короткой таблицы элементов) и отчасти область системы, примыкающая слева к VIII группе. Более того, крайними частями можно было бы считать и сами химические элементы, сами атомы, которые составляли в XIX в. (до 1895 г.)нижнюю границу наших знаний о строении материи, знание достигнутого тогда крайнего предела её делимости и разложимости.
Естественно, что возможность предвидения неизвестного за такого рода крайними областями системы и вообще возможность наших знаний о химических элементах были лишены той обоснованности и той определённости, какие были характерны для предвидения элементов в областях системы, окружённых со всех сторон известными уже элементами. По этому поводу Менделеев заметил, что кроме «несомненно возможных и, вероятно, ещё только не открытых элементов, есть целый ряд других, самое существование которых до некоторой степени подвержено ещё сомнению…». Значит, здесь предугадывание возможно лишь в порядке смелых гипотез и догадок, причём степень уверенности зависит от степени наличного, хотя бы частичного, знания об элементах, стоящих на том или ином – внешнем или внутреннем – краю системы.