Периодическая таблица – один из главных символов науки, которую можно найти на стенах классных комнат по всему миру. Это один из самых мощных концептуальных научных инструментов, который появился только в середине 19-го века
Еще задолго до того, как было доказано существование атомов в 20-м веке, химики исследовали и открывали новые вещества и соединения. Было обнаружено, что некоторые из открытых веществ, отличались от других. Эти «элементы» не распадались на другие вещества никакими обычными физическими методами. Они не меняли свои свойства. Таким образом были открыты новые химические элементы.
Древние культуры знали как минимум 10 различных химических элементов. Большинство из них встречались в природе в самородном виде, например такие металлы как медь, серебро, золото, платина, свинец, ртуть и олово. Также были известны неметаллические элементы, которые встречаются в природе: углерод из угля, и самородная сера.
Затем в XII-XVI веках - начался период алхимии, где исследователи научились выделять элементы с помощью интенсивного нагревания. Новые элементы, обнаруженные в этот период это мышьяк, цинк, висмут и фосфор.
Между 1735 и 1805 годами химики разработали новые методы очистки веществ и были открыты более двух десятков новых элементов. Многие из новых элементов были обнаружены путем изучения минералов с помощью химического анализа, в котором различные минералы растворяли в кислотах затем выделяли новые вещества. Или проводили реакции с помощью высоких температур, к примеру использовали интенсивное горячее пламя, чтобы расплавить и сплавить различные минералы. Такие элементы как никель, кобальт, магний, хром, молибден, вольфрам, уран - все они были обнаружены в этот период. Также были выделены в чистом виде первые газообразные элементы: водород, азот и кислород.
Все это многообразие открытых химических элементов и дальнейшее развитие идей химической атомистики, привело к первым попыткам систематизации химических элементов. Многие известные химики того времени пытались навести упорядочить элементы, предлагая самые разные варианты таблиц основываясь на различных свойствах элементов. Но сделать это удалось это русскому химику Дмитрию Ивановичу Менделееву, который представил первый вариант таблицы в 1869 году.
Многие из его ранних публикаций касаются химического анализа минералов. Именно эта работа, наряду с его интересом к преподаванию химии, привела его к поиску систематики в структурах и свойствах различных химических элементов. Менделеев знал о 63 различных химических элементах и именно тогда он начал работать над своей знаменитой таблицей в 1860-х годах.
Оказывается, что химические элементы обладают целым рядом измеримых свойств, и это обеспечивает основу для упорядочивания элементов в различные группы. Пожалуй, одна из главных таких характеристик - относительная атомная масса. Её можно измерить наблюдая за отклонением весов при разложении веществ. Например, когда вода разлагается с помощью электричества, то есть подвергается электролизу, она образует две части водорода на одну часть кислорода по объему, либо 1: 8 по массе.
Измеряя и сравнивая подобным образом разложение различных соединений, можно определить относительные веса элементов. Например, если принять относительную массу водорода равную единице, то относительно него натрий будет иметь массу 23, относительная масса кальция будет составлять 40, а у бария - 137. Все элементы затем могут быть расположены в последовательности в соответствии с увеличением относительной массы.
Элементы также обладают другими интересными свойствами. Например, было обнаружено, что во время электролиза раствора вещества, такие элементы как кислород, хлор и бром, всегда образуются на положительном электроде (аноде). В свою очередь металлы всегда осаждались на отрицательном электроде (катоде). Таким образом можно отделять металлы и определять их свойства.
Если подвергнуть электролизу расплав хлорида серебра, газообразный хлор будет образовываться с положительном электроде, а металлическое серебро будет получаться на отрицательном. К слову, явление электролиза растворов солей металлов и получение металлических покрытий на называется гальванотехникой и широко используется в современной промышленности.
Задолго до работ Менделеева химики заметили, что некоторые группы элементов демонстрируют поразительное сходство, которое обнаруживается по их физическим и химическим характеристикам. Более того, для каждой из этих групп элементов физические и химические свойства, каким-то образом систематически менялись в зависимости от их веса.
Приведу несколько примеров периодического изменения свойств элементов. Например, элементы литий, натрий, калий и рубидий являются мягкими серебристыми металлами. Их называют щелочными металлами, и все они бурно реагируют с такими галогенами, как хлор.
Другая группа элементов называется щелочноземельными металлами. К ним относятся бериллий, магний, кальций и барий. Относительная масса этих четырех серебристых металлов составляет 9, 24, 40 и 88. Для щелочноземельных металлов характерны высокая реакционная способность и схожие физико-химические свойства.
Тем не менее, другие элементы, такие как водород, углерод и сера, было сложнее группировать аналогично щелочным и щелочноземельным металлам. Так как их схожесть между родственными им элементами менее очевидна по сравнению с металлами. Также были элементы у которых неправильно определены относительные атомные массы, из-за чего они не следовали периодической закономерности. Одним из факторов его успеха была его способность сосредоточиться на самых главных закономерностях . Он понимал, что идет правильным путем и знал какими данными можно пренебречь.
В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу но и сформулировал Периодический закон, на основании предположения, что именно атомная масса предопределяет свойства элемента. Используя Периодический закон он взял на себя смелость изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства не известных науке того времени элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе и периоде периодической таблицы.
Ученый на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили широкое признание после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: экаалюминий, экабор и экасилиций, соответственно галлий, скандий и германий. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.
Широко распространен миф о том, что периодическая таблица приснилась Менделееву во сне, но достоверно известно что ученый сам опроверг его. Упорный труд и природный талант ученого дал долгожданный результат и обеспечил Дмитрию Менделееву всемирную известность.
