6.4.3. Перша спроба системи елементів. Зміна форми таблиці

В першій доповіді, яку прочитав М.О. Меншуткін 19 березня 1869 року на засіданні Російського хімічного товариства, була подана таблиця елементів, яка так і називалась “Спроба системи елементів, заснованої на їх атомній вазі та хімічній подібності”(табл. 6.7).

В доповіді було не лише представлене перше формулювання періодичного закону, а й указано на необхідність виправити атомні ваги деяких елементів та передбачено відкриття нових елементів (екаалюмінію та екакремнію, де ека = прім, Al’ та Si’ ). Протягом двох років (1869 - 1971) Менделєєв працював над питаннями, що пов’язані із законом, внаслідок чого він удосконалив та змінив форму таблиці (1971 рік, див. табл. 6.8)

Результати цієї роботи були узагальнені у двох статтях (російською та німецькою мовами). У статтях був розділ “Застосування закону періодичності до визначення властивостей не відкритих ще елементів”. Саме тут докладно були розраховані властивості елементів, які Менделєєв назвав екабором, екаалюмінієм та екакремнієм. Тим самим Менделєєв не тільки теоретично й практично обгрунтував закон, яке й навів найважливіші висновки, що з нього випливають.

6.4.4. Тріумф закону

Протягом 1871 – 1874 років про періодичний закон у хімічній літературі практично не з’являлись відгуки. Ідея періодичності не зразу зустріла розуміння в наукових колах. Наприклад, Кекуле писав

Менделєєву: ”Ваша система вважається тут (у Бонні) дотепною спекуляцією, що не дає, проте ніяких висновків”. Проте скоро весь світ заговорив про періодичний закон у зв’язку зі справдженням блискучих пророцтв Менделєєвим властивостей ще невідкритих елементів.

В 1875 році французький хімік Поль Еміль Франсуа Лекок де Буабодран (1838 – 1912) відкрив галій (стародавня назва Франції). До речі, він відкрив ще три рідкісноземельних елементи - самарій, європій та диспрозій. Спочатку Лекок де Буабодран спостерігав галій у цинковій обманці спектрально, потім виділив і вивчив. Прочитавши повідомлення де Буабодрана, Менделєєв відразу визнав у відкритому елементі екаалюміній і опублікував замітку, в якій указав на помилку при визначенні питомої ваги елемента. Менделєєв послав замітку ще й приватного листа де Буабодрану. Останній з незадоволенням сприйняв усе це, бо про Менделєєва він ніколи нічого не чув і не читав згадану замітку в німецькому журналі. Виділений ним новий елемент мав, очевидно, домішки натрію, який було використано для відновлення сполук нового елемента, тому його густина дорівнювала 4,7. Проте Менделєєв вважав, виходячи зі своїх теоретичних розрахунків, що густина відкритого елемента повинна бути між 5,9 та 6,0.

Таблиця 6.7

Таблиця Менделєєва, березень 1869 р.

Ti = 50 Zr = 90 ? = 180

V = 51 Nb = 94 Ta = 182

Cr = 52 Mo = 96 W = 186

Mn = 55 Rh = 104 Pt = 197

Fe = 56 Ru = 104 Ir = 198

Ni = Co = 59 Pt = 106 Os = 199

H=1 Cu = 63 Ag = 108 Hg = 200

Be = 9,4 Mg = 24 Zn = 66 Cd = 112

B = 11 Al = 27 ? = 68 Ur = 116 Au = 197?

C = 12 Si = 28 ? = 70 Sn = 118

N = 14 P = 31 As = 75 Sb = 122 Bi = 210?

O = 16 S = 32 Se = 79 Te = 128?

F = 19 C = 35 Br = 80 J = 127

Li=7 Na = 23 K = 39 Rb = 85 Cs = 133 Tl = 204

Ca = 40 Sr = 88 Ba = 137 Pb = 207

? = 45 Ce = 92

?Er = 56 La = 94

?Yt = 60 Di = 95

?In = 76 Th = 118?

Тому де Буабодрану довелось виділити галій у більшій кількості, повторити вимір і виправити помилку. Отримані дані (заново визначена густина, що дорівнювала 5,96) чудово співпадали з пророцтвами Менделєєва. Число прибічників періодичного закону стало рости, розпочались пошуки ще не відкритих передбачених Менделєєвим елементів.

В 1879 році швед Ларс Нільсон (1840 – 1899) відкрив скандій, який за властивостями відповідав екаборові, а в 1886 році професор мінералогії Фрейберзької гірничої академії Клеменс Олександр Вінклер (1833 – 1904) відкрив ідентичний екакремнію германій. Вражений Вінклер із цього приводу висловився так: “Навряд чи може існувати яскравіший доказ справедливості вчення про періодичність елементів за виділення досі гіпотетичного “екасиліцію”: воно становить, безумовно, більш ніж просте

Таблиця 6.8

Таблиця Менделєєва, 1871 р.

Групи І ІІ ІІІ ІV V VI VII VIII

RH₅ ? RH₄ RH₃ RH₂ RH

R₂­O RO R_2­­O₃ RO₂ R₂O₅ RO₃ R₂O₇ RO₄

H - - - - - - -

типові елементи Li Be B C N O F

період ряд 1 Na Mg Al Si P S Cl Fe Co

І ряд 2 K Ca -? Ti V Cr Mn Ni Cu

період ряд 3 (Cu) Zn -? -? As Se Br Ru Ro

IІ ряд 4 Rb Sr (Y?) Zr Nb Mo - Pd Ag

період ряд 5 (Ag) Cd In Sn Sb Te J

IIІ ряд 6 Cs Ba Ce

період ряд 7 - Os Ir

ІV ряд 8 - Ta W Pt Au

період ряд 9 (Au) Hg Tl Pb Bi

V ряд 10 To Ur

підтвердження сміливої теорії, воно знаменує собою видатне розширення хімічного поля зору, велетенський крок у царині пізнання”.

Менделєєв також передбачив існування та основні властивості ще 6 елементів ( екацезію (Fr), екабарію (Ra), екалантану(Ac), екамангану (Te), двімангану (Re), екайоду (At)), які були відкриті вже після його смерті.

Про геніальність Менделєєва та сміливість його поглядів свідчить те, що він, виходячи лише з хімічних властивостей, виправив атомні маси принаймні 14 елементів, зокрема, берилію, титану, хрому, ітрію, індію, цезію, ербію, іридію, платини, золота, торію та урану.

До створення періодичної системи елементів хіміки вважали берилій тривалентним з атомною масою 13,5 лише тому, що його оксид “солодкозем” за хімічними властивостями дуже нагадує глинозем (Аl₂O₃). Хибна думка про тривалентний берилій з атомною масою 13,5 суперечила періодичному законові, тому для нього не знаходилося місця в періодичній системі. Менделєєв помістив берилій у 2-й групі й ІІ-му періоді, вважаючи, що його атомна маса 9,4. Проти цього рішуче виступили шведські хіміки Л.Нільсон та О.Петерсон. Та коли вони визначили густину пари хлориду берилію, їх здивуванню не було меж. Виявилося, що атомна маса берилію становить 9,1 і що він двохвалентний, як і передбачав російський хімік.

Коли Менделєєв створював періодичну систему, всі хіміки приписували урану атомну масу 120 (див. таблицю Одлінга (табл. 6.4), в першій таблиці Менделєєва (табл. 6.7) його атомна маса дорівнювала 116). Для такого “легкого” урану теж не знайшлося місця в таблиці Менделєєва, тому він, спираючись лише на відкритий ним закон, сміливо подвоїв атомну масу урану, тобто, Менделєєв зробив з ураном теж ж саме, що Годен зробив із ртуттю (див. розділ 5.1.5), але з іншої причини. Після цього цей елемент став крайнім та найважчим на той час мешканцем таблиці з атомною масою 240. Через 13 років потому німецький хімік Г.Ціммерман визначив густину пари UCl₄ і розрахував атомну масу урану, яка дорівнювала 240.

Блискуче ствердження пророцтв Менделєєва справило величезний вплив на подальший розвиток хімії та всього природознавства. Із середини 80-х років періодичний закон був, безумовно, визнаний усім ученим світом і ввійшов в арсенал науки як основа наукового дослідження. Авторів відкриття трьох передбачених елементів, а також Богуслава Браунера (1855 – 1935), професора з Праги, який помістив рідкісноземельні елементи там, де вони стоять і зараз, а також увів нульову групу для інертних газів (1902 рік), та Ціммермана, Менделєєв називав зміцнювачами періодичного закону.

В кінці XIX століття і в XX столітті періодичний закон неодноразово піддавався серйозним випробуванням, бо здавалось, що нові відкриті факти суперечать закону. Так виникли труднощі з розміщенням рідкісноземельних елементів, дуже схожих за властивостями. В 1894 - 1898 роках Вільям Рамзай (1852 – 1916), професор у Глазго, Брістолі та Лондоні, відкрив 5 інертних газів (аргон, гелій, неон, ксенон, криптон). Виникли труднощі внаслідок відкриття явищ радіоактивності та ізотопії. Але вони всі були переборені. На базі цього закону була встановлена внутрішня будова атомів та з’ясовані закономірності їх поведінки. Періодичний закон із повним правом називають провідною зіркою при вивченні хімії, при орієнтації у складних лабіринтах безмежного різноманіття речовин та їх перетворень.

Менделєєв був передовим ученим свого часу з передовими поглядами. Він виступав проти будь-яких форм забобонів, боровся зі спіритизмом. Проте під кінець життя не уник, як це буває з видатними людьми, застарілих уявлень і дуже скептично поставився до нових поглядів на природу радіоактивності та до електронних теорій. Але незалежно від цього відкритий ним періодичний закон сприяв перемозі прогресивних поглядів у хімії та фізиці [див. Биографии великих химиков, М.:Мир, 1981].