Чтение онлайн

В начале XIX в., точнее в 1815 г., английский врач и химик (опять врач и химик!) У.Праут, подхватив мысль своего соотечественника Г.Дэви о водороде как первоматерии, построил на ней гипотезу, гласившую, что все элементы происходят из водорода путём какого-то процесса типа конденсации. Гипотеза надолго овладела умами исследователей, хотя бельгийский профессор Жан Серве Стас, вначале её горячий поклонник, своими расчётами и многолетними экспериментами (теми самыми, которыми он хотел подтвердить разложение элементов на другие, более лёгкие) доказал затем, что она — «чистая спекуляция, определённо противоречащая опыту».

Почти одновременно с этим один из последователей Дальтона, Деберейнер, опубликовал таблицы атомных весов некоторых элементов; они объединялись в триады, в которых атомный вес среднего элемента равнялся примерно

полусумме крайних. Литий — натрий — калий, кальций — стронций — барий, хлор — бром — йод — вот примеры таких деберейнеровых триад.

К середине прошлого века большое впечатление на учёных произвели успехи органической химии, которая совсем недавно, по выражению Фридриха Велера, представляла собой дремучий лес, из которого нет выхода. В 1850 г. Петтенкоффер попытался найти у элементов соотношения, подобные тем, что обнаруживаются в гомологических рядах, т. е. в рядах соединений, отличающихся друг от друга группой CH2. Он указал, что атомные веса некоторых элементов отличаются друг от друга на величину, кратную 8. Отсюда напрашивался вывод: так ли просты элементы, не являются ли они некими сложными образованиями каких-то субэлементарных частиц? На следующий год подобные соображения высказал Ж.Дюма. Выводы из существования закономерных соотношений атомных весов шли у него далеко: ставился вопрос о возможности разложения элементарных веществ на субэлементарные образования, а стало быть, и возможности трансмутации металлов. Опять следует заметить, что такого учёного, как Дюма, ни в коей мере нельзя причислить к сторонникам алхимических воззрений, но мысль, высказанная им, полностью соответствовала убеждениям алхимиков.

До знаменательного 1860 г. было ещё несколько попыток как-то систематизировать известные химические элементы. Л.Гмелин, Дж. Гладстон, Дж. Кук, Ф.Ленссен, В.Одлинг, А.Штреккер объединяли их в триады, пентады и т. д. и находили при этом какую-то числовую зависимость в возрастании атомных весов сходных элементов. Но этим дело обычно и ограничивалось, а предлагаемые таблицы сильно разнились друг от друга. Да иначе и быть не могло, так как многие элементы ещё не были открыты, а атомные веса уже известных элементов до конгресса в Карлсруэ не имели, как мы знаем, единого для всех химиков значения.

В 1862–1863 гг. попытку систематизировать элементы сделал французский химик Шанкуртуа. Предложенная им система имела своеобразное построение и осталась в истории как «винтовая линия Шанкуртуа». Все известные к тому времени элементы в порядке возрастания их атомных весов были занесены на ленту, которая по спирали накладывалась на цилиндр; поверхность цилиндра была разделена на 16 частей (атомный вес кислорода). Развернутый после этого цилиндр показывал на своей плоскости ряд отрезков параллельных прямых с вписанными элементами атомного веса от 1 до 16, от 16 до 32 и т. д. При таком расположении сходные по своим химическим свойствам элементы часто, но не всегда, попадали на одну образующую цилиндра. По мнению историков науки, в системе Шанкуртуа содержался зародыш периодического закона, но в то же время она давала широкий простор для произвола. Вместе с элементами-аналогами на одну образующую попадали совершенно несхожие с ними. Для углерода атомного веса 12 должна была существовать и какая-то «разновидность» его с атомным весом 44. Парижская академия наук, где делал своё сообщение Шанкуртуа, восприняла его весьма холодно, и об этой работе стало широко известно лишь 30 лет спустя.

Начиная с 1863 г., много занимался классификацией элементов и выступал с сообщениями лондонский химик Джон Ньюлендс. Он обратил внимание на то, что номера аналогичных элементов отличаются на величину 7, как в музыке, и расположил элементы по некоему «закону октав». Когда с очередным докладом Ньюлендс выступал в лондонском Химическом обществе, профессор Фостер с издёвкой спросил: «Не пробовал ли уважаемый докладчик располагать в таблице элементы в алфавитном порядке и не заметил ли при этом каких-либо закономерностей?» Собрание отказало в публикации сообщения Ньюлендса в своих изданиях и надолго отбило у него охоту заниматься подобными вопросами.

В 1864 г. в Германии вышла в свет книга Лотара Мейера «Современные теории химии и их значение для химической статики». В ней, пользуясь уже новыми атомными весами, автор отмечал, что аналогичные по свойствам элементы имеют одинаковую валентность («значность»),

а величины их атомных весов отличаются на постоянную разность. В приведённых им таблицах валентности не всегда соответствовали действительности, но Мейер, как говорится, втиснул их в прокрустово ложе, так как не решался хоть на минуту усомниться в правильности атомных весов. Он так и писал тогда: «Нельзя сомневаться, что имеется некоторая закономерность в численных величинах атомных весов… несомненно нельзя — как это делалось достаточно часто — ради предполагаемой законности произвольно исправлять или изменять найденные эмпирически атомные веса, пока опыт не даст более точных чисел».

В 1867 г. молодого тогда профессора Д.И.Менделеева пригласили занять кафедру Петербургского университета. Он стал читать курс лекций по общей химии и одновременно писал свои ставшие потом знаменитыми «Основы химии».

С описания свойств какого элемента следует начинать курс химии? В принципе всё равно с какого: свойства элементов, если не обращать внимания на водородную первоматерию Г.Дэви и гипотезу У.Праута, между собой никак, казалось, не соотносились. Как правило, начинали с описания кислорода — элемента, имеющего наибольшее распространение в природе; некоторые профессора находили более удобным начинать курс с описания водорода — самого лёгкого элемента. С таким же успехом можно было начинать с железа — элемента, имеющего важнейшее значение в промышленности, золота — драгоценного металла и т. д.

Менделеева такое чтение курса «как вам будет угодно» не устраивало, он настойчиво стал искать взаимосвязь элементов, скрытое единство.

Все предыдущие попытки систематизации элементов не производили впечатления на учёный мир Европы. Сложилось убеждение, что от таких работ нельзя получить чего-нибудь большего, кроме разбивки элементов на отдельные группы по признаку их химического сходства. И всё же Менделеев, прекрасно осведомлённый об установившемся взгляде на систематизацию, взялся за это дело. В отличие от других исследователей, он искал не только сходство элементов, но и различие. На отдельных карточках он выписал их свойства и атомные веса и стал, как любят об этом вспоминать историки химии, раскладывать знаменитый «пасьянс». Менделеев расположил все элементы в порядке возрастания их атомного веса и заметил, что свойства их через какой-то период повторяются. Это был титанический труд. Менделеев искал не какую-нибудь частную закономерность, а закон естественного соотношения элементов. Все элементы были разбиты на группы и периоды.

Менделеев открыл закон, кратко выражающийся словами: свойства элементов являются периодической функцией их атомного веса. Окончательную формулировку закона Менделеев дал в 1871 г. в статье «Периодическая законность для химических элементов». Изнурительная работа по классификации элементов привела к созданию «периодической системы». Но хорошо известная ныне таблица Менделеева приобрела стройный вид лишь после долгих проверок, выяснений, уточнений, исправлений, проводившихся в течение десятилетий.

Затруднения в раскладке «пасьянса» начались сразу же. Прежде всего нарушал порядок бериллий, атомный вес которого тогда признавали за 14. Менделеев решился исправить атомный вес, подозревая, что бериллий не двух, а трёхвалентен. На это ещё раньше указывал русский химик И.В.Авдеев. Взяв формулу окиси бериллия (а именно на её основе химики рассчитали атомный вес бериллия), Менделеев произвёл пересчёт и заменил число 14 на 9,4.

Аналогичная трудность возникла с индием: ему никак не находилось место в таблице. Тогда Менделеев произвёл обратный (сравнивая с окислом бериллия) пересчёт и получил атомный вес не 75,6, а 113. В соответствии со своим атомным весом титан должен был бы занять клетку под бором, но он никак туда не подходил из-за несходства химических свойств. Менделеев оставил клетку пустой, а титан передвинул на следующее место. Казалось бы, порядок рушился, однако создатель системы указал, что в пустой клетке должен поместиться элемент, который ещё не открыт. Название этому элементу Менделеев не дал, предоставив это тому, кто его обнаружит, а обозначил его пока экабором (т. е. аналогичным бору). Подобным же образом Менделеев оставил пустые места для экаалюминия и экакремния. Но этим он не ограничился, он подробно описал будущие элементы, предсказал их химические свойства, удельный вес и даже высказал предположение, что откроют их, по всей вероятности, спектральным методом.