Периодический закон Д. И. Менделеева

Великая заслуга Д. И. Менделеева (1834—1907) состоит в том, что, открыв в 1869 г. периодический закон, он заложил фундамент для построения подлинно научной системы химических элементов1. В качестве системообразующего фактора он выбрал атомный вес и на этом основании расположил химические элементы в систему, показав, что их свойства находятся в периодической зависимости от величины атомного веса.

Периодический закон Д. И. Менделеева сформулирован в следующем виде: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса»^[1][2].

Это обобщение давало новые представления об элементах, позволило предсказать существование шести неизвестных к тому времени элементов (для них были оставлены пустые клетки). Эти элементы были открыты, и их свойства соответствовали предсказаниям Д. И. Менделеева. Однако тогда не было известно строение атома, поэтому физический смысл обобщения был недоступен. Почему в периодической таблице по горизонтали три малых периода, содержащих по 2 и 8 химических элементов, и четыре больших — по 18 и 32 элемента в каждом? На эти вопросы Менделеев ответа дать не мог, но тем не менее утверждал: «…периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройка и развитие обещается»^[3].

Раскрыть подлинную сущность закона смогла лишь физика микромира: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядра атома (порядкового номера)»^[4]. Например, элемент хлор имеет два изотопа^[5], отличающиеся друг от друга по массе атома. Их атомная масса — 35 и 37, поскольку в ядре более тяжелого изотопа на два нейтрона больше. Но оба они относятся к одному химическому элементу — хлору из-за одинакового заряда их ядер. Атомный же вес является средним арифметическим величин масс изотопов, из которых состоит элемент и именно поэтому атомный вес химических элементов в клетках периодической таблицы имеет дробную величину, тогда как вес каждого из изотопов — целочисленный.

С точки зрения математики структура периодической системы оказывается в высокой степени гармоничной. Так, число элементов в каждом периоде равняется удвоенному квадрату натурального числа (табл. 13.2). Другие компоненты математической гармонии этой таблицы выявились в 1920;е гг.: в атомах существуют оболочки и подоболочки, содержащие электроны, максимально возможное число которых выражается формулой 2п^[2] (п — главное квантовое число, номер оболочки, соответствующий номеру периода).

В периодической системе Д. И. Менделеева содержалось 62 элемента, к 1930 г. она была продлена до урана (Z = 92). В 2006 г. ученые из Дубны и Ливермора (США) зарегистрировали рождение и распад 118-го химического элемента. С 2007 г. в разных лабораториях мира предпринимаются попытки синтеза 120-го элемента.

Таблица 13.2

Число элементов в периоде.

• [1] Согласно легенде свою таблицу Д. И. Менделеев увидел во сне.
• [2] Менделеев Д. И. Периодический закон. С. 111.
• [3] Цит. по: Некрасов Б. В. Основы общей химии. Т. 1. С. 219.
• [4] Кузнецов Н. Е. у Еремин В. В. Химия. Ответы на вопросы. М.: 1-я Федеративная книготорговая компания, 1997. С. 15.
• [5] Изотопы — разновидности атомов, которые имеют одинаковый заряд ядра, но отличаются по своей массе: при одинаковом числе протонов их ядра содержат разное число нейтронов.
• [6] Менделеев Д. И. Периодический закон. С. 111.