Борис Кузнецов - Дмитрий Иванович Менделеев

В «Основах химии» Менделеев говорил, что правильная теория растворов должна учитывать как химическое взаимодействие веществ, так и чисто физическую сторону дела — распыление молекул одного вещества среди молекул другого.

«Две указанные стороны растворения и гипотезы, до сих пор приложенные к рассмотрению растворов, хотя имеют отчасти различные и сходные точки, но, без всякого сомнения, со временем, по всей вероятности, приведут к общей теории растворов, потому что одни общие законы управляют как физическими, так и химическими явлениями».

Менделеев исследовал зависимость свойств растворов от их состава. Эти исследования получили впоследствии широкое развитие.

В советской химии достигло мощного развития направление физико-химического анализа, преемственно связанное с менделеевской теорией растворов. Н. С. Курнаков (1860–1941) и его ученики собрали и обобщили обширнейшие материалы о зависимости свойств растворов от их состава. Физико-химический анализ дал чрезвычайно важные результаты для современной техники.

Напомним читателю о наиболее крупном событии в жизни Менделеева и одном из крупнейших событий в истории науки. В 1869 году Менделеев, расположив известные в то время химические элементы в определенном порядке (в общем соответственно возрастанию атомного веса), обнаружил периодичность химических и некоторых физических свойств простых тел и соединений элементов. Ученый пришел к периодической системе химических элементов. Он составил таблицу элементов, написав их названия один за другим в порядке возрастания атомного веса и расположив элементы со сходными химическими свойствами один под другим. При этом в столбцах таблицы — группах — оказались элементы со сходными свойствами. Эта таблица известна читателю: ее изучают во всех школах мира, ее подробно излагают во всех учебниках химии, и мы остановимся лишь на некоторых вопросах и сторонах периодической системы Менделеева, чтобы дать представление об историческом значении научного подвига великого русского ученого.

Открытие Менделеева — важная веха в истории представлений о природе. Уже великие мыслители древности Левкип, Демокрит и Эпикур говорили о мельчайших невидимых частицах вещества, из которых состоят все тела природы. Древняя атомистика возродилась, когда естествознание начало свою историческую борьбу против средневековой схоластики. В XVII–XVIII веках все корифеи естествознания размышляли о неделимых частицах, движение которых должно объяснить всю совокупность физических и химических явлений. Напомним о трудах Ломоносова, который, рисуя картину движущихся невидимых частиц, искал в ней ответа на вопросы о природе теплоты, упругости газов, химических реакций и множества других процессов.

В XIX веке картина движущихся и сталкивающихся молекул превратилась в стройное, детально разработанное, подтвержденное множеством экспериментов и практических применений учение — молекулярную физику. Одновременно химия получила множество достоверных знаний о составе различных молекул. Но внутрь атома наука еще не проникла, до этого было далеко. Объяснить различия атомов и, следовательно, различия между химическими элементами структурой атомов, числом и расположением входящих в них частиц можно было после того, как ряд крупных открытий, прежде всего открытие периодической системы, продемонстрировали известный порядок в свойствах атомов. Теперь каждое предположение о внутренней структуре атома должно было объяснить, почему при возрастании атомного веса периодически повторяются свойства элементов. Тем самым наука получила прочную опору и вместе с тем мощный стимул для дальнейшего движения. Большое значение при этом имела широта открытого Менделеевым периодического закона.

У Менделеева были предшественники, заметившие повторение свойств элементов. Но никто из этих предшественников, говоривших о сходстве между некоторыми свойствами различных элементов, не создал единой системы, объясняющей всю совокупность химических явлений.

Такую систему создал Менделеев. Он рассказывал, как в течение долгого времени происходили поиски, приведшие к открытию. На картонных карточках Менделеев писал названия элементов, атомные веса и отмечал формулы важнейших соединений. Особенное внимание он обращал при этом на валентность, т. е. на способность атома данного элемента соединяться с определенным числом атомов другого элемента. Менделеев раскладывал эти карточки в разных сочетаниях, руководствуясь мыслью о связи между элементами, о сходстве свойств различных элементов. Следует подчеркнуть, что Менделеев искал связь не только между элементами, сравнительно близкими друг к другу по своим химическим свойствам, но и между элементами несходными. Он находил такую связь, несходные элементы оказывались близкими друг к другу по атомному весу, и в свою очередь элементы со сходными свойствами отстояли друг от друга сравнительно далеко по атомному весу, причем расстояние между сходными элементами повторялось.

Менделеев рассматривал, например, литий, легкий металл, принадлежащий к числу так называемых щелочных металлов. По некоторым свойствам литий напоминает натрий — другой легкий щелочной металл. Менделеев отметил, что если расположить элементы по их атомному весу, то между литием и натрием находится шесть элементов, непохожих ни на тот, ни на другой. Следовательно, по атомному весу рядом с литием находится металл, непохожий на него по своим свойствам, а сходный с литием натрий встречается лишь на седьмом месте после лития. Вслед за натрием идет следующий промежуток, заполненный шестью элементами, непохожими на литий и натрий, и далее вновь стоит легкий щелочной металл калий. Менделеев видел, что подобные повторения появляются и в других случаях.

Обнаружив периодическое повторение химических свойств в ряду элементов, расположенных по возрастающему атомному весу, обнаружив, что между сходными элементами стоит одно и то же число других элементов, Менделеев составил таблицу элементов, написав названия сходных элементов одно под другим. Если включить в эту таблицу также все элементы, открытые позднее, то все клетки в таблице будут заполнены, таблица будет иметь вид, изображенный на рис. 2. В каждой клетке таблицы мы видим символ элемента (первые буквы латинского названия), порядковый номер и число, обозначающее атомный вес (округленно). Из клеток составляются вертикальные столбцы (группы элементов) и горизонтальные строки (периоды). В периодической системе первоначально было восемь групп элементов, т. е. между элементами со сходными свойствами находился промежуток, заполненный шестью элементами. Впоследствии Менделеев обнаружил, что свойства элементов повторяются иногда не через семь номеров (после интервала из шести элементов), а через семнадцать номеров. Таким образом, появилось представление о малых и больших периодах. Периодическая система развивалась и дополнялась.