Знаменитая таблица Менделеева

ДМИТРИЙ ИВАНОВИЧ МЕНДЕЛЕЕВ

История науки знает множество открытий, однако немногие из них можно сопоставить с тем, что было сделано Дмитрием Ивановичем Менделеевым. В самом деле, хотя со времени открытия периодического закона химических элементов прошло немало лет, никто не может сказать, когда будет до конца понято все глубочайшее содержание знаменитой «таблицы Менделеева». Только вот вопрос: а кто же все-таки придумал ее первым?

Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в Тобольске. В январе 1865 года он защитил докторскую диссертацию и был утвержден профессором кафедры технической химии Петербургского университета.

ОТКРЫТИЕ, СДЕЛАННОЕ «ВО СНЕ»

Принято считать, что свою периодическую таблицу Менделеев увидел во сне, и ему оставалось лишь записать ее и обосновать. Конечно же, это такой же миф, как и пресловутое яблоко Ньютона. Сам Менделеев, кстати, этого сновидения не отрицал, однако рассказывал, что увидел свою таблицу после того, как не спал несколько ночей подряд, пытаясь изложить на бумаге уже сформировавшиеся в его мозгу представления.

Дмитрий Иванович говорил своему другу философу И.И. Лапшину, посетившему его незадолго перед открытием: «Все в голове сложилось, а выразить таблицей не могу».

Получается, что Менделеев работал, как сумасшедший, три дня и три ночи не ложась спать. Доведя себя до крайней степени нервного истощения, он, как сейчас говорят, «отключился», и тут-то его и посетило «озарение».

Скорее всего, вся эта история с вещим сном лишь подтверждает тот факт, что люди, которые очень интенсивно работают над какой-либо проблемой, просто продолжают решать ее и во сне, только в этом случае к мыслительной деятельности подключается уже подсознание. Именно оно способно на такие величайшие научные «подвиги».

Конечно же, открытие Менделеева было совершено им не случайно, и уж точно не во сне. Всему этому предшествовала огромная работа, основанная на сочетании знаний физической стороны исследуемого явления, математической интуиции и философского осмысления. 17 февраля (1 марта) 1869 года Менделеев отправил в типографию рукопись, в которой был изложен его «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Уже через две недели он представил в Русское химическое общество статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов».

В конечном итоге, Менделеев составил несколько вариантов периодической системы и на ее основе исправил атомные веса некоторых известных элементов.

С этого момента все другие проблемы отошли для него на задний план. В частности, он забросил работу над учебником «Основы химии» (труд этот будет закончен лишь в 1871 году). Распределение элементов в составленной им таблице каждый раз казалось ему несовершенным. Каждый раз что-то стояло не на своем месте, соответствующем свойствам отдельных элементов.

Закончилось все это тем, что Менделеев сумел предсказать существование нескольких до того неизвестных элементов. Более того, в одной из своих статей он подробно описал свойства трех из них: он назвал эти элементы «экабором», «экаалюминием» и «экакремнием» (или «экасилицием»). Чтобы было понятно: «эка» – на санскрите означает «первый», так что название, например, «экаалюминий» означает «первый аналог алюминия».

Так на свет появилась фундаментальная схема, которой до сих пор пользуются как школьники, так и ученые во всем мире.

ЮЛИУС ЛОТАР МЕЙЕР

И все же, справедливости ради, возвращаясь к знаменитой таблице Менделеева, необходимо отметить, что у нее был еще один «автор». Его звали Юлиус Лотар Мейер, и был он доктором медицины, занимавшимся вопросами теоретической и физической химии.

Этот человек родился 19 августа 1830 года в семье врача в маленьком городке Фарель, что в провинции Ольденбург. После школы по примеру своего отца Мейер стал изучать медицину и в 1854 году окончил Вюрцбургский университет, получив степень доктора медицины. Затем он изучал естественные науки в Гейдельбергском и Кёнигсбергском университетах, а также в университете Бреслау. В 1858 году он стал доктором наук. С 1866 года он работал профессором университета в Эбесвальде, в 1868–1876 гг. был профессор в университете Карлсруэ, а с 1876 года – в Тюбингенском университете. В 1888 году Мейер стал член-корреспондентом Берлинской академии наук.

Работая в Гейдельберге, Мейер поддерживал научные контакты с химиками-органиками Августом Кекуле и Фридрихом Бейльштейном, и это привело Мейера к решению серьезно заняться химией.

В 1859 году Мейер защитил как диссертацию на право чтения лекций историко-критическую работу «Химические теории от Бертолле до Берцелиуса».

В 1860 году Мейер, как и Д.И. Менделеев, принял участие в Международном конгрессе химиков в Карлсруэ, на котором обсуждались определения основных понятий химии. На этом конгрессе, в частности, было решено четко разграничить понятия «атом», «молекула» и «эквивалент». В результате, была в основном решена проблема атомных масс, что открыло дорогу для систематизации химических элементов и создания периодического закона.

ТАБЛИЦА МЕЙЕРА 1864 ГОДА

В «Краткой истории химии» Айзека Азимова сказано: «Мейер опубликовал свою работу в 1870 году. А за год до этого русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907) установил порядок изменения длины периодов элементов и наглядно продемонстрировал значение своего открытия».

Это не совсем так. На самом деле, Менделеев не был первым человеком, который построил научную классификацию элементов. Юлиус Лотар Мейер на основании данных об атомных весах предложил таблицу, показывающую соотношение атомных весов для нескольких характерных групп элементов, намного раньше – в 1864 году.

В таблице Мейера было 28 элементов, размещенных в шесть столбцов согласно их валентностям. Немецкий ученый намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

Специалисты совершенно справедливо считают эту таблицу Мейера сокращенной, ибо в ней ученый отобразил только те 28 элементов, в свойствах которых он был уверен. Всего 28 элементов, а это – меньше половины известных в то время. Расположение остальных элементов оставалось неясным, и что делать с ними, Мейер не знал.

Более того, в 1864 году Мейер предложил располагать элементы по группам, но дальше этого предложения не пошел и понятие «группа элементов» не раскрыл.

ТАБЛИЦА МЕЙЕРА 1870 ГОДА

В 1870 году Мейер опубликовал еще одну работу, называвшуюся «Природа химических элементов как функция их атомного веса» и содержавшую новую таблицу, состоявшую уже из девяти вертикальных столбцов (сходные элементы располагались в горизонтальных рядах, а некоторые ячейки таблицы Мейер оставил незаполненными). В новой таблице отображалось уже 55 элементов, и она была понятна и удобна для отображения в книгах.

В своей работе Мейер систематизировал элементы и изобразил их в виде кривой, где атомные объемы являются периодической функцией от значений атомных масс. Он так характеризовал эту зависимость: «Правильно определив различные атомные веса (из плотностей их соединений в газообразном состоянии или из теплоемкостей), можно в этой схеме расположить все известные до настоящего времени элементы».

ТАБЛИЦА МЕЙЕРА И ТАБЛИЦА МЕНДЕЛЕЕВА: ЗА КЕМ ПРИОРИТЕТ?

Как уже говорилось, Д.И. Менделеев составил и опубликовал свою знаменитую таблицу в феврале-марте 1869 года. Точнее, это был некий отдаленный прототип ныне всем известной периодической системы элементов. Он выстроил символы известных ему 63 элементов в прообраз периодической таблицы элементов вертикальной формы, а потом эту свою таблицу он корректировал и совершенствовал всю жизнь.

Мейер опубликовал свою редакцию периодической таблицы химических элементов в 1864 году, то есть на пять лет раньше Менделеева.

В 1870 году, то есть уже после опубликования Менделеевым периодического закона, появилась статья Мейера, в которой он рассмотрел общую систему химических элементов, расположив их по возрастанию атомных масс. По мнению ряда специалистов, таблица Мейера 1870 года была в некоторых отношениях совершеннее первых вариантов таблицы Менделеева. При этом сам Дмитрий Иванович в одной из своих статей заявил, что таблица Мейера представляла собой только простое сопоставление элементов, на что Мейер отвечал, что его таблица «в существенном идентична данной Менделеевым».

Дмитрий Иванович возмущенно писал: «Господин Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня ничего нового к нему не прибавил».

Более того, согласно Менделееву, Мейер не стал развивать свое открытие и даже не сделал попыток на его основе дать предсказания свойств еще не открытых элементов. Свое мнение по этому вопросу Дмитрий Иванович сформулировал так: «По праву творцом научной идеи должно того считать, кто понял не только философскую, но и практическую сторону дела, сумел так его поставить, что в новой истине все могли убедиться, и она стала всеобщим достоянием. Тогда только идея, как материя, не пропадет».

Получается, что Мейер был все еще очень далек даже от понимания истинного смысла периодической системы. Менделеев же открывал элементы и предсказывал их свойства, опираясь на пустые клетки в созданной им таблице.

На самом деле, Мейер был очень осторожен в оглашении своих научных суждений. И поначалу он избегал публиковать свои прогнозы свойств еще неоткрытых элементов. И именно отсутствие у Мейера успешных научных прогнозов свойств еще неоткрытых элементов некоторые ученые расценили как намного меньшую научную достоверность его периодической таблицы по сравнению с таблицей Менделеева.

Тем не менее, Мейер уже через несколько месяцев после появления первых сообщений Менделеева об открытом им периодическом законе выступил с претензией на свой приоритет. И многие, особенно в Германии (это и понятно), до сих пор считают именно Мейера первооткрывателем периодической системы.

В свое время вокруг имен Мейера и Менделеева разгорелась весьма острая дискуссия, кто же из них первым сделал великое открытие. И до сих пор в зарубежных изданиях имена Менделеева и Мейера ставят рядом там, где речь идет о периодическом законе и периодической системе химических элементов, причем имя Мейера выдвигают на «полкорпуса вперед».

Кстати

Фигура Менделеева всегда была окружена всевозможными мифами. Один из самых распространенных - якобы Менделеев сделал научное обоснование стандарта русской водки в 40 градусов. Связано это с тем, что тема его докторской диссертации звучала так: «Рассуждение о соединении спирта с водою». Но к водке это не имело никакого отношения. Работа была посвящена очень узкой научной проблематике, связанной с теорией растворов.

А в 1882 году Лондонское королевское общество присудило золотые медали совместно Менделееву и Мейеру. Наградам сопутствовала формулировка: «За открытие периодических соотношений атомных весов».

ГЛАВНОЕ - ОТКРЫТИЕ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ

Дмитрий Иванович Менделеев умер 20 января (2 февраля) 1907 года. Юлиус Лотар Мейер умер намного раньше – в апреле 1895 года.

Юлиус Лотар Мейер

Когда Менделеев придумывал свою таблицу, было известно лишь 63 химических элемента. В год смерти ученого был открыт «лютеций», получивший 71-й номер. Сотым элементом стал «фермий», впервые полученный в конце 1952 года. А в 1955 году американские ученые синтезировали элемент № 101, и ему было дано название «менделевий» (Md) – в честь Д.И. Менделеева.

Интересно отметить, что на сегодняшний день официально известно уже 118 химических элементов, из них 94 было обнаружено в природе, а остальные получены искусственно, и это уже исключительно ядерная физика.

Химические элементы делятся на металлы и неметаллы, причем к металлам относятся 85% из них. 99% земной коры по массе составляют лишь восемь химических элементов: кислород, калий, натрий, магний, кальций, железо, алюминий, кремний. Водород и гелий – элементы, преобладающие в космосе. В живых организмах наиболее распространенные элементы – это азот, водород, кислород, углерод.

Джон Ньюлендс

Как видим, наука шагнула очень далеко вперед. В свое время Менделеев так сформулировал текст предполагаемого им периодического закона: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Современная формулировка такова: «Свойства химических элементов, а также формы и свойства, образуемых ими простых веществ и соединений, находятся в периодической зависимости от величины зарядов ядер их атомов».

Что же касается Мейера, то он в свое время опубликовал кривую изменения атомных объемов элементов. Она действительно отражала одно из свойств периодического закона, и этим Мейер существенно содействовал систематизации элементов. Но все дело в том, что сам Мейер не смог разглядеть общей закономерности природы – периодичности. Менделеев же совершенно правильно предположил, что свойствами элементов управляет периодический закон, и алгоритм этого периодического закона был реализован им в графической форме в виде его периодической таблицы элементов.

А ВЕДЬ БЫЛ ЕЩЕ И ДЖОН НЬЮЛЕНДС

В данном контексте следует также упомянуть о британском химике Джоне Ньюлендсе (1837–1898). В 1864 году он тоже составил таблицу, в которой расположил все известные тогда элементы в порядке увеличения их атомных весов. Пронумеровав элементы (элементы, имевшие одинаковые веса, имели у него один и тот же номер), Ньюлендс сделал следующий вывод: «Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке».

Через год Ньюлендс опубликовал новую таблицу, назвав ее «законом октав», который формулировался следующим образом: «Номера аналогичных элементов, как правило, отличаются или на целое число семь, или на кратное семи; другими словами, члены одной и той же группы соотносятся друг с другом в том же отношении, как и крайние точки одной или больше октав в музыке».

После 1866 года Джон Ньюлендс больше не предпринимал попыток дальнейшей разработки своей систематики, тем не менее, именно его в Великобритании считают тем, кто впервые высказал идею о периодичности изменения свойств элементов. В любом случае, в 1887 году, через пять лет после Менделеева и Мейера, Лондонское королевское общество вручило свою медаль и ему. Награде сопутствовала формулировка: «За открытие периодического закона химических элементов».

Дмитрий Иванович Менделеев на это отреагировал следующей оценкой работы Ньюлендса: «В этих трудах видны некоторые зародыши периодического закона».

ТАК КТО ЖЕ ВСЕ-ТАКИ?

И все же у знаменитого русского естествоиспытателя К.А. Тимирязева мы читаем: «Едва ли не самым выдающимся шагом вперед собственно химии явилась возможность естественной классификации элементов в периодическую систему (Ньюлендс, Лотар Мейер и особенно Менделеев), дозволяющих рассматривать все свойства как функции их атомного веса».

Ключевыми для нас тут являются слова: «особенно Менделеев»…

А вот мнение Лотара Кольдица, известного немецкого химика, издателя учебников по химии и профессора Берлинского университета: «Никто из ученых, занимавшихся до Менделеева или одновременно с ним исследованиями соотношений между атомными весами и свойствами элементов, не смог сформулировать эту закономерность так ясно, как это сделал он. В частности, это относится к Ньюлендсу и Мейеру. Предсказание еще неизвестных элементов, их свойств и свойств их соединений является исключительно заслугой Д.И. Менделеева».

Тем не менее, чтобы не путаться во взаимных претензиях, в большинстве химических сообществ западного мира периодическая таблица не носит имени первооткрывателя, а словосочетание «таблица Менделеева» существует только в России.

Фото предоставлены

сайтом Wikipedia.org