Наверное, каждому известна легенда о том, что свою таблицу Дмитрий Менделеев увидел во сне, а утром проснулся и записал ее. На самом деле это, конечно же, выдумка. В реальности работе по созданию и совершенствованию периодической таблицы ученый посвятил долгие годы. А результаты его исследований до сих пор имеют важнейшее значение для развития многих сфер нашей жизни.
У всего есть свое начало
Началось все, когда Дмитрий Менделеев приступил к работе над созданием учебника «Основы химии». Пытаясь систематизировать фактический материал, ученый столкнулся с рядом трудностей, которые и стали отправной точкой на пути к великому открытию.
Размышляя над структурой учебника, в феврале 1869 года Менделеев пришел к выводу, что существует определенная закономерность, связывающая свойства простых веществ и атомные массы элементов.
А дальше последовала длительная и кропотливая работа, результатом которой и стало открытие периодической таблицы элементов.
Как признавался сам ученый, в процессе оформления классификации элементов он выбрал весьма оригинальный способ, по сути напоминающий пасьянс. На отдельных карточках Менделеев написал каждый элемент и его соединения, а затем множество раз раскладывал их, пока не удалось добиться идеальной системности. Такой своеобразный способ позволил составить первую наглядную таблицу периодического закона.
На пороге великой эры
17 февраля (1 марта) 1869 года стало знаковым днем. Ученый закончил рукопись статьи, содержащей таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», и сдал ее в печать с пометками для наборщиков.
Примечательно, что сообщение об открытии сделал не сам автор, а редактор Русского химического общества профессор Н. А. Меншуткин. Произошло это на заседании общества 22 февраля (6 марта) 1869 года. Сам же Менделеев не смог присутствовать на этом заседании, поскольку в это время выполнял задание Вольного экономического общества.
В первоначальном варианте системы ученый расставил элементы по девятнадцати горизонтальным рядам и по шести вертикальным столбцам. А затем на протяжении почти трех лет Дмитрий Менделеев продолжал углубленную работу над системой.
В 1870 году Менделеев в «Основах химии» опубликовал второй вариант системы – «Естественную систему элементов». По сравнению с первоначальным он имел ряд важных изменений.
Новаторство, подтвержденное временем
Суть открытия Менделеева заключалась в том, что ему удалось выяснить, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются не монотонно, а периодически. Ученый обнаружил: после определенного количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства начинают повторяться.
Основным отличием работы является то, что ученый для классификации элементов использовал не одну основу, а две – атомную массу и химическое сходство.
С целью полного соблюдения периодичности Менделеев внес изменения в атомные массы некоторых элементов. При этом несколько элементов он разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими.
Уникальность таблицы – в ее предсказательной силе: на момент создания она содержала в себе пустые ячейки. Это было сделано намеренно, поскольку там должны были разместиться пока еще неизвестные элементы. Примечательно, что Менделеев не знал о существовании ряда элементов – их только предстояло открыть, но уже тогда он смог с точностью определить их порядковый номер, атомную массу, валентность и свойства.
В 1871 году Менделеев сформулировал периодический закон. Русскому ученому хватило смелости и дальновидности, чтобы назвать его всеобщим законом природы.
Таблица повсюду
В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с химическими элементами. Если вдуматься, таблица Менделеева не только нас окружает, но в той или иной степени находится внутри каждого человека. Например, наш скелет не был бы таким крепким без кальция, а за счет содержания в крови такого элемента периодической системы, как железо, организм насыщается кислородом.
Нашатырный спирт, «веселящий газ», этиловый спирт, йод, ртуть в термометрах свидетельствуют о том, что медицина тоже дружна с таблицей Менделеева.
Более того, радиоактивные изотопы широко используются для уточнения диагноза и лечения при целом ряде заболеваний – в онкологии, кардиологии и неврологии. Прочный и легкий титан применяется для изготовления протезов, которые наилучшим образом контактируют с тканями организма и не вызывают отторжения.
Благодаря многим элементам периодической системы наша жизнь становится более комфортной. Например, кремний является основным элементом в составе оптического волокна. А быстрый интернет зависит от наличия достаточного количества в оптоволокне германия, который пропускает инфракрасный свет почти со скоростью света.
Эффективность сельского хозяйства находится во власти многих элементов таблицы Менделеева. В частности, пестициды содержат в своем составе ртуть, а калийные удобрения повышают урожайность и улучшают качество выращиваемой продукции.
Даже сфера развлечений связана с таблицей Менделеева. В частности, благодаря ряду элементов – калию, кальцию, натрию и меди, а также некоторым химическим соединениям фейерверки получаются столь эффектными и красочными.
Косметика, парфюмерия, бытовая химия – это тоже повод вспомнить великого Менделеева.
Существует ли предел?
Современная Периодическая система химических элементов на сегодняшний день включает в себя 118 элементов. Однако из всего общего списка таблицы Менделеева в природных условиях можно найти лишь 90 элементов. Остальные отсутствуют на нашей планете и были синтезированы в лабораториях.
За последние пятьдесят лет таблица пополнилась семнадцатью новыми элементами – с порядковыми номерами со 102-го по 118-й. Примечательно, что некоторые из них были впервые получены в российском Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ) в подмосковной Дубне.
Сейчас исследователи этого института активно работают над получением двух новых элементов таблицы Менделеева, которые обещают показать принципиально новые физические свойства.
Будет ли таблица бесконечной? Ученые говорят, что такое невозможно. Например, Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Дело в том, что ученым, скорее всего, просто не удастся определить количество протонов и нейтронов в ядрах новых элементов.
Говорящие названия
Названия элементов в таблице Дмитрия Менделеева далеко не случайны. Одни наименования произошли от латинских слов, напрямую связанных со свойствами веществ. Некоторые элементы получили названия в честь ученых – кюрий, нобелий, эйнштейний, борий и другие. А часть веществ носит имена героев мифов – титан, тантал, торий, нептуний, ванадий, плутоний и прочие.
Имя автора периодического закона Дмитрия Менделеева носит 101-й элемент системы – менделевий (Md), который был синтезирован в 1955 году.
Всего же на данный момент шесть элементов периодической системы имеют названия, непосредственно связанные с Россией.
Помимо менделевия, это:
● рутений (Ru) – 44-й элемент, назван в честь России;
● дубний (Db) – 105-й элемент, назван в честь г. Дубны.
● флеровий (Fl) – 114-й элемент, назван в честь Лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова ОИЯИ.
● московий (Mc) – 115-й элемент, назван в честь Московской области, где находится ОИЯИ.
● оганесон (Og) – 118-й элемент, назван в честь российского ученого Ю. Ц. Оганесяна, руководителя лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флерова ОИЯИ.
Внешний вид таблицы
Классический вариант открытия Менделеева выглядит обычной таблицей, где все размещено по атомному номеру и электронной конфигурации.
Впоследствии ученые активно экспериментировали, и в результате было создано множество других вариантов таблицы. Так появились вариации, представленные, например, в виде башни, спирали и даже 3D-цветка. Стоит отметить, что существуют как развернутые таблицы, так и упрощенные, которыми удобно пользоваться в школе.
До недавнего времени самой большой таблицей Менделеева в Евразии считалась та, что установлена в Университете Мурсии в Испании. Ее размер составляет порядка 150 квадратных метров, она состоит из 118 металлических квадратов размером 75 х 75 сантиметров.
Однако в 2021 году в подмосковной Дубне была открыта таблица, которая почти в два раза больше той, что находится в Испании. Событие приурочили к 65-летию расположенного здесь Объединенного института ядерных исследований и самого города.
Площадь таблицы превышает 284 квадратных метра, ее разместили на стене плавательного бассейна «Архимед» на набережной Волги. Графическое описание периодического закона Менделеева отлично просматривается как со стороны города, так и с проплывающих мимо круизных теплоходов.
То, что невозможно переоценить
С момента открытия Менделеевым периодического закона прошло уже очень много лет. Не секрет, что время – самый строгий судья научных открытий. И в данном случае с уверенностью можно говорить, что годы не только не уменьшили, а увеличили значение периодического закона химических элементов.
Периодическую систему иногда сравнивают с таблицей умножения – настолько она важна для современной химии. Несмотря на новые знания, открытие новых элементов и расширение таблицы, принцип периодического закона сохраняется и подтверждается до сих пор. Таблица совершенствуется и дополняется, но ее суть осталась неизменной.
Периодический закон лежит в основе решения важнейших задач химической науки и промышленности. В частности, ученым удалось связать химию и физику, благодаря чему была открыта атомная энергия, которая сейчас активно используется для нужд человечества.
Научное наследие Менделеева продолжает жить и развиваться, оказывая влияние на развитие не только химии и физики, но и ряда других наук, таких как география, минералогия, биология, космохимия и даже философия.
О важности открытия Дмитрия Менделеева свидетельствует и тот факт, что Организация Объединенных Наций назвала 2019 год Международным годом Периодической таблицы химических элементов.