Понятна цель этой таблицы: выделить уже хорошо известные естественные группы элементов, основанные на порядке атомных весов.
Ясно видны недочеты этой первой таблицы Мейера:
— некоторые элементы не включены в таблицу, а некоторые включены ошибочно;
— в таблице нет места для меди, серебра, золота и некоторых других элементов;
— Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов;
Рис. 16.
Внизу — фрагмент таблицы Мейера 1864 года в современной редакции.
— таблица дает менее очевидное периодическое изменение свойств элементов, чем только что рассмотренная таблица Ньюлендса.
Таблица имеет характерную особенность: одна её часть содержит шесть вертикальных рядов, а другая — пять. Это очевидный результат борьбы двух желаний автора: соблюсти порядок следования атомных весов и расположить аналоги радом друг с другом. Приведение здесь же разницы атомных весов — видимо, интуитивное, но еще не понятое ощущение ее важности.
Фрагменты периодов отображёны горизонтальными строчками (не включены элементы группы бора-алюминия и группы неизвестных тогда благородных газов; не включен и ключевой, самый первый период атомного мира — водород с тогда неизвестными гелием, но известными литием и бериллием).
Однако уже в этой первой попытке Мейера видно, что это работа выполнена в верном направлении.
Биографическая справка:
Юлиус Лотар Мейер (1830 — 1895), окончил университет в Вюрцбурге, стажировался у Р. Бунзена в университете Гейдельберга. Профессор университетов Бреслау, Карлсруэ, Тюбингена. Работал, в основном, в области теоретической и физической химии. С 1890 г. иностранный член Петербургской Академии наук. Награжден (совместно с Менделеевым) золотой медалью Дэви Лондонским королевским обществом за открытие Периодического закона.
У. Одлинг, начиная с 1857 года, предпринял несколько попыток систематизировать химические элементы, основываясь на их атомном весе и валентности, составив в период несколько таблиц элементов, первые из которых не имели принципиального отличия от уже описанных системообразующих работ. Это были спекуляции на основе триад и неточно установленных свойств элементов.
Однако в 1864 году он опубликовал таблицу, которую позднее Менделеев поставил в один ряд с системами Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера (см. Рис. 17). Он не привел комментариев к этой таблице, но она, как и рассмотренная первая таблица Мейера очевидно близка к Периодической таблице Менделеева.
Элементы в этой таблице расположены по мере роста атомной массы и при этом объективно наблюдается периодическое повторение физических и химических свойств элементов. Оставлены места для еще не открытых элементов.
Рис. 17.
Расположение элементов по мере роста атомной массы и сходству физических и химических свойств (Уильям Одлинг, 1864 г.).
Биографическая справка:
Уильям Одлинг (1829 — 1921), получил в Лондоне медицинское образование, изучал химию в Париже. Профессор университетов Лондона и Оксфорда. Президент Лондонского королевского общества. Область научных интересов — теоретическая химия, в частности, теории валентности, основности радикалов и химических элементов.
В 1867 г. молодого профессора Д. И. Менделеева пригласили занять кафедру химии Петербургского университета. Он стал читать курс лекций по общей химии и одновременно писал свои ставшие потом классическими
" Основы химии". Работа над рукописью потребовала строгой систематизации элементов. В отличие от других исследователей, он искал не только сходство элементов, но и различие. Менделеев искал не какую-нибудь частную закономерность, а закон естественного соотношения элементов, т. е. объективно существующий закон, объединяющий все существующие элементы, как открытые, так и не открытые. На Рис. 18 приведен один из многочисленных черновых вариантов первой таблицы Менделеева.
Рис. 18.
В марте 1869 года Д. И. Менделеев сделал первое сообщение о своей системе элементов перед Русским химическим обществом. Оно содержало следующие основные положения:
1. Элементы, расположенные по возрастанию их атомного веса, представляют явственную периодичность свойств;
2. Сходные по свойствам элементы имеют или близкие атомные веса (Os, Ir, Pt), или последовательно и однообразно увеличивающиеся (K, Rb, Cs);
3. Сопоставление элементов или их групп по величине атомного веса отвечает их т.н. валентности;
4. Элементы с малыми атомными весами имеют наиболее резко выраженные свойства, поэтому они являются типическими элементами;
5. Величина атомного веса элемента может быть иногда исправлена, если знать аналоги данного элемента;
6. Следует ожидать открытия ещё многих неизвестных элементов, например, сходных с Al или Si, с паем (атомной массой) 65−75.
Менделеев подчеркнул, что считает главным в систематизации элементов установление связей между непохожими элементами.
В том же 1869 г. вышло и первое издание учебника «Основы химии», в котором была приведена периодическая таблица Менделеева.
Д. И. Менделеев опубликовал свою первую схему периодической таблицы в 1869 году в статье «Соотношение свойств с атомным весом элементов» (в журнале Русского химического общества); ещё ранее (февраль 1869 г.) научное извещение об открытии было им разослано ведущим химикам мира. Первая таблица Менделеева приведена на Рис. 19.
Менделеев высказал идею о том, что, в принципе, его таблицу можно представить в виде одной непрерывной серии последовательных периодов элементов, что лучше всего исполнить в форме спирали, содержащей самое фундаментальное свойство полученной системы, — периодичность. В своей работе об атомных объемах, вышедшей через несколько месяцев, он писал, чтоэта система выражает не только химические свойства элементов, но и соответствует делению веществ на металлы и неметаллы, определяет валентности, соединяет элементы различных групп.
В 1870 году Менделеев в «Основах химии» публикует второй вариант системы («Естественную систему элементов»), имеющий более привычный нам вид: горизонтальные столбцы элементов-аналогов превратились в восемь вертикально расположенных групп; шесть вертикальных столбцов первого варианта превратились в периоды, начинавшиеся щелочным металлом и заканчивающиеся галогеном. Каждый период был разбит на два ряда; элементы разных вошедших в группу рядов образовали подгруппы (См. Рис. 20).
Рис. 19.
Отличием работы Менделеева от работ его предшественников было то, что основ для классификации элементов у Менделеева была не одна, а две, — атомная масса и химическое сходство. Для того, чтобы периодичность полностью соблюдалась, Менделеевым были предприняты очень смелые шаги: он исправил атомные массы некоторых элементов (например, бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия), несколько элементов разместил в своей системе вопреки принятым в то время представлениям об их сходстве с другими (например, таллий, считавшийся щелочным металлом, он поместил в третью группу согласно его фактической максимальной валентности), оставил в таблице пустые клетки, где должны были разместиться пока не открытые элементы. В 1871 году на основе этих работ Менделеев сформулировал Периодический закон, форма которого со временем была несколько усовершенствована.
Биография Д. И. Менделеева, гордости отечественной науки, хорошо известна, многократно описана, и не нуждается в приведении её здесь в виде короткой справки.
Рис. 20.
В 1870 году вышла ещё одна работа Мейера, содержащая новую таблицу (см. Рис. 21) и график зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид (см рис. 22).
Таблица содержала исправленные значения атомных весов и имела некоторые преимущества по сравнению с первой таблицей Менделеева.
Предложенная Мейером таблица «Природа элементов как функция их атомного веса» состояла из девяти вертикальных столбцов, сходные элементы располагались в горизонтальных рядах; некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными.
Таблица Мейера 1870 г.
I II III IV V VI VII VIII IX B Al In (?) Tl C Si Ti Zr Sn Pb N P V As Nb Sb Ta Bi O S Cr Se Mo Te W F Cl MnFeCoNi Br RuRhPd I OsIrPt Li Na K Cu Rb Ag Cs Au Be Mg Ca Zn Sr Cd Ba Hg
Рис. 21.
Таблицах Одлинга 1864 г., Менделеева 1869 г. и Мейера 1870 г. удивительно похожи, хотя можно с уверенностью сказать, что выполнены они независимо одна от другой. Во всех таблицах оставлены места для неоткрытых элементов, и все они не лишены недостатков.
Работа Мейера была сдана в печать в 1869 г.; после опубликования доклада Менделеева Мейер добавил в свою статью ссылку на Менделеева, где, в частности, особо указал, что предлагаемый им график прекрасно иллюстрирует предложенный русским химиком термин «периодичность». Таким образом, поскольку Менделеев и Мейер независимо друг от друга предложили весьма близкие варианты таблицы, используемое в некоторых странах название «таблица Менделеева-Мейера» имеет полное право на существование.
Рис. 22.
Заключение
Основные выводы по результатом выполненного обзора:
1. Процесс открытия естественной системы химических элементов при всей своей исторической скорости — не революция, а многоэтапная эволюция.
2. Периодический закон — результат работы десятков талантливейших людей, каждый из которых имел приоритет в каком-либо важном открытии, без которого открытие Периодического закона было бы невозможным.
3. Вопрос о научных приоритетах имеет объективную сложность и требует отдельного большого исследования (и может не иметь окончательного решения). Так, различные историки науки используют различные критерии, пользуясь нестрогостью подхода, и придают различный вес отдельным критериям (в нашем случае — критерию предсказательности Периодического закона).
Список источников
1. Волков В. А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: ВШ, 1991. — 656 с.
2. Биографии великих химиков. Перевод с нем. под редакцией Быкова Г. В. — М.: Мир, 1981. — 320 с.
3. Кун Т. Структура научных революций. — М.: Прогресс, 1977. 300 с.
4. Ладенбург А. Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени/Пер. с 4-го изд.
с присоединением очерка истории развития химии в России акад. П. И. Вальдена. — Одесса: Матезис, 1917
Доступно по адресу:
http://scilib.narod.ru/Physics/Ladenburg/Ladenburg.htm (20.
07.12).
5. Левченков, С. И. Краткий очерк истории химии. Учебное пособие для студентов химфака РГУ. Доступно по адресу:
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch5.html (21.
07.12).
6. Манолов К. Великие химики. В 2-х томах. Т. I. Пер. с болг.,
3-е изд. испр., доп. — М.: Мир, 1985. — 465 с.
7. Менделеев Д. И. Научный архив Том 1. Доступно по адресу:
http://oldchem.ru/book_view.jsp?idn=26 231&page=506&format=html (25.
07.12).
8. Менделеев Д. И. Основы химии. Доступно по адресу:
http://www.100velikih.com/view1025.html (24.
07.12).
9. Менделеев Д. И. Попытка приложения к химии одного из начал естественной философии Ньютона. В кн.: Д. И. Менделеев. Периодический закон. Основные статьи. Сер. «Классики науки». М.: Изд-во АН СССР, 1958, с. 529−554.
10. Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов. «Фарадеевское чтение» в Лондонском Химическом обществе (23 мая/4 июня 1889 г.). М.: Изд-во АН СССР, 1958, с. 208−236.
11. Соловьев Ю. И. История химии: Развитие химии с древнейших времен до конца XIX в. Пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1983. — 368 с.
12. Тищенко В. Е., Младенцев М. Н. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период. 1861−1890 гг. М.: Наука, 1993.
— 362 c.
13. Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX века. — М.: Наука, 1969. — 455 с.
14. Энциклопедия «Британника» онлайн:
http://www.britannica.com/EBchecked/topic/451 901/periodic-law (21/07/12).
15. Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
16. Barnes, Eric Christian. The Paradox of Predictivis. — Cambridge University Press, 2008. — 276 pp.
17. Rusu, Julian. Consideration on the convergence between chemistry and theology the periodic table of elements// European Journal of Science and Theology, September 2007, Vol.3, No.3, 3−10 pp. Доступно по адресу:
http://www.ejst.tuiasi.ro/Files/11/03−10Rusu.pdf (31.
07.12).
18. Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011. — 168 pp.
19. Scerri, Eric R. The Periodic Table: Its Story And Its Significance. — Oxford University Press, Oxford, 2007. — 368 pp.
20. The Development of the Periodic Table//123HelpMe.com. 24 Jul 2012:
http://www.123HelpMe.com/view.asp?id=149 594 (24.
07.12).
21. The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78−83, (1998).
22. The Role of Triads in the Evolution of the Periodic System, Past and Present, Journal of Chemical Education, 85, 585−589, 2008.
23. V enable, Francis Preston. P eriodic law Publisher. — E aston, Pa. C
hemical Pub. C o., 1896. — 321 p. Доступно по адресу:
http://archive.org/details/developmentofper00venauoft (21.
07.12).
Кун Т. Структура научных революций. — М.: Прогресс, 1977. — С. 15 — 17.
Далее, до обсуждения достижений Д. И. Менделеева, будем считать простые вещества и элементы синонимами.
Фигуровский Н. А. Очерк общей истории химии. От древнейших времен до начала XIX века. — М.: Наука, 1969. — С. 415 — 417.
Фигуровский Н. А…: С. 444 — 446.
Волков В.А., Вонский Е. В., Кузнецова Г. И. Выдающиеся химики мира. — М.: ВШ, 1991. — С. 378.
При этом он использовал популярную идею Хэмфри Деви, который, в свою очередь, унаследовал её от Лавуазье, о том, что водород — одна из обязательных основ всех веществ.
Для установления формул химических соединений Дальтон использовал принцип наибольшей простоты, приводящий к многочисленным ошибкам в определении атомных весов (для воды, например, этот принцип давал формулу НО).
Волков В.А. и др…: С. 141 — 142.
Биографии великих химиков. Перевод с нем. под редакцией Быкова Г. В. — М.: Мир, 1981. -С.
Волков В.А. и др…: С. 358.
Биографии великих химиков…: — С. 156 — 157.
Манолов К. Великие химики. В 2-х томах. Т. I.
Пер. с болг., 3-е изд. испр., доп. — М.: Мир, 1985. — С. 285 — 288.
Берцелиус использовал закон Гей-Люссака для определения формул газов и атомного веса составляющих их элементов и собственные методы для формул некоторых окислов металлов. Дальнейшие достижения в установлении правильных атомных весов связаны с законами Дюлонга — Пти и изоморфизма (Митчерлиха), а также применением Ж. Б. Дюма законов Авогадро и Ампера к парам жидкостей и твердых тел.
Волков В.А. и др…: С. 48 — 50.
Биографии великих химиков…: — С. 30 — 32.
The Role of Triads in the Evolution of the Periodic System, Past and Present, Journal of Chemical Education, 85, 585−589, 2008.
Соловьев Ю. И. История химии: Развитие химии с древнейших времен до конца XIX в. Пособие для учителей. — М.: Просвещение, 1983. — С. 186 — 188.
Оживленные дискуссии среди химиков середины 19 века между сторонниками атомистической теории и её противниками велись с переменным успехом, т.к. прямых доказательств существования атомов еще не было.
Волков В.А. и др…: С. 124 — 126.
Большая советская энциклопедия. В 30 тт.
Ладенбург А. Лекции по истории развития химии от Лавуазье до нашего времени/Пер. с 4-го изд.
с присоединением очерка истории развития химии в России акад. П. И. Вальдена. — Одесса: Матезис, 1917
Доступно по адресу:
http://scilib.narod.ru/Physics/Ladenburg/Ladenburg.htm (20.
07.12).
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Этот учебник выдержал 7 изданий и до выхода «Оснований химии» Д. И. Менделеева был принят основным российским руководством по химии.
Одно существенное отличие: бор из группы углерода у Менделеева перемещен в группу «алюминий-индий-таллий», позднее дополненную галлием.
Волков В.А. и др…: С. 119.
Органическая химия во второй половине 19 века переживала период бурного, взрывного развития, по сравнению с которым неорганическая химия топталась на месте, что объясняет перекидывание гносеалогических мостиков от органической к неорганической химии.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011.
— 51 — 52 рр.
Левченков, С. И. Краткий очерк истории химии. Учебное пособие для студентов химфака РГУ. Доступно по адресу:
http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Sketch5.html (21.
07.12).
Волков В.А. и др…: С. 159.
V enable, Francis Preston. P eriodic law Publisher. — E aston, Pa.
C hemical Pub. C o., 1896. — 321 p. Доступно по адресу:
http://archive.org/details/developmentofper00venauoft (21.
07.12), — С. 33 — 35.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: A Very Short Introduction. Oxford University Press, Oxford, 2011.
— 39 — 41 рр.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: — 53 р.
Venable, Francis Preston…: С. 37 — 39.
Rusu, Julian. Consideration on the convergence between chemistry and theology the periodic table of elements// European Journal of Science and Theology, September 2007, Vol.3, No.3, 3−10. Доступно по адресу:
http://www.ejst.tuiasi.ro/Files/11/03−10Rusu.pdf (31.
07.12).
Scerri, Eric R. The Periodic Table: — 54 р.
Глэдстон использовал ошибочные значения атомных весов, и его фактически неверные исследования стоит рассматривать только из-за оригинальной используемой методики.
Т.е. эти числа близки к средним арифметическим атомных масс рядов элементов (т.е. математическим ожиданиям).
Venable, Francis Preston…: — С. 39 — 41.
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Scerri, Eric R. The Periodic Table: — 56 — 58 pр.
Venable, Francis Preston…: — С. 46 — 48.
Venable, Francis Preston…: — С. 60 — 61.
Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
Scerri, Eric R. The Periodic Table: — 86 — 92 pр.
Venable, Francis Preston…: С. 87 — 90.
http://en.wikipedia.org/wiki/Gustavus_Detlef_Hinrichs.
Отечественные источники вообще не упоминают этого исследователя, а многие зарубежные представляют его в некотором роде маргинальной личностью в науке.
Для иллюстрации одной из проблем, которые предстояло решить на съезде, Кекуле составил девятнадцать различных формул, использовавшихся химиками для обозначения этановой кислоты.
The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78−83, (1998).
Соловьев Ю. И…: С. 194 — 198.
Волков С…: 198 — 199.
The Evolution of the Periodic System.//Scientific American, September, 279, 78−83, (1998).
Venable, Francis Preston…: С. 73 — 76, 82 — 83.
Venable, Francis Preston…: С. 105.
Соловьев Ю. И…: С. 163 — 164.
Venable, Francis Preston…: С. 77 -83.
Тем более, что значения атомных весов в ряде случаев были еще не верными.
Venable, Francis Preston…: С. 52 -53.
Тригоноиды
(неметаллы)
Хлороиды
Фосфоиды
Сульфоиды
Калоиды
Кальцоиды
Кадмоиды
Купрооиды
Ферроиды
Молибдоиды
Титаноиды
Тетрагоноиды
(металлы)
Рис. 11.
π
