Менделеев Д. И. Периодическая закономерность химэл

Впервые эта работа появилась в виде доклада читанного Д. М. Менделеевым устами его сотрудника Меншуткина 18 марта 1869 года на заседании Русского химического общества. В том же году другой его сотрудник Вреден перевел работу Менделеева на немецкий язык, которую ученый в течение ближайших двух лет разослал по всем европейским университетам и всем более или менее известным тогдашним европейским химикам.

ИЗ ИСТОРИИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РАБОТЫ

Если на рассылку своей статьи ученому потребовалось несколько лет, то написал он ее за один вечер. Хотя работал над ней годами. Идея классифицировать все известные тогда науке химические вещества владела Менделеевым давно, так давно, что даже такие отъявленные биографы его творчества как Герман Смирнов не могут назвать более или менее точного времени. По крайней мере намного раньше, чем вообще химики договорились обозначить основные вещества в качестве элементов.

А произошло это на химическом конгрессе в Карслруэ осенью 1860 года, который замечательные русские химики Бутлеров и Зинин обозвали конгрессом болтунов. И только Менделеев, который вместе с ними присутствовал на том конгрессе, хотя как и его товарищи лишь в качестве наблюдателя, не пропустил ни одного слова из многочисленных прений.

Видать, в каком-то смутном варианте его идеи бродили уже тогда.

Следует отметить тот факт, что великий ученый всем видам отдыха предпочитал раскладывание карточных пасьянсов. Его так увлекало это занятие, что оторвать его от карт значило навлечь на себя великий гнев. Менделеев представляет в этом смысле любопытный пример ученого, психологические свойства которого как личности счастливо сочетаются с особенностями его деятельности. Эта черта -- раскладывание пасьянсов сопровождала его всю дорогу, как на отдыхе, так и в труде.

Вот и в те же начальные 1860-е гг он изучал так называемые ароматические вещества -- бензолы. И точно так же, как позднее при работе над периодическим законом, он заготовил массу карточек, на каждой из которых он выписывал формулу вещества и его свойства. Потом раскладывал их в ряды, где с удивительной периодичностью числовые значения формул соответствовали веществам:

"По всей вероятности, Менделеев испытывал эстетическое наслаждение, созерцая таблицы гомологических веществ. Вот выстроился вдоль горизонтали ряд углеводородов: метан, этан, пропан, бутан, пентан: Вот их формулы: CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12. Закон прост: каждый последующий член ряда отличается от предыдущего только тем, что содержит лишний радикал CH2. Взгляд Менделеева с удовлетворением останавливается на закономерно увеличивающихся значениях удельного веса и температуры кипения.

Ниже -- второй ряд: этилен, пропилен, бутилен, амилен: C2H4, C3H6, C4H8, C5H10:

Еще ниже - третий ряд: ацетилен, аллилен, кротонилен, валерилен: C2H2, C3H4, C4H6, C5H8:

А вот и последний, завершающий ряд углеводородов -- ароматические: бензол, толуол, ксилол, кумол: C6H6, C7H8, C8H10, C9H12:

Ясно, что перемещение вправо вдоль горизонтальной оси такой сетки сопровождается непрерывным возрастанием молекулярного веса. А что означает перемещение вниз по вертикали, по соединениям, содержащим одинаковое количество атомов углерода? Прежде всего это означает уменьшение молекулярного веса, но уменьшение, идущее за счет одного только водорода. Другими словами, двигаясь вниз по вертикали, мы постепенно переходим к соединениям, все менее и менее насыщенным водородными атомами. А что означает такое уменьшение?" (Смирнов)

Этот же раз найденный им принцип периодичносеской зависимости изменения свойств от веса Менделеев положил и в основу своего поиска принципа классификации химических веществ, или, как уже можно было говорить, элементов. Точно так же, как карты или бензольные вещества, Менделеев изготовил карточки с химическими элементами и раскладывал их так и эдак как карточный пасьянс.

Обычно при классификации выбирают один какой-нибудь признак: или очевидный, внешний, или отражающий существенные свойства классифицируемых элементов. Первый принцип нагляден, но может привести к большой путанице: скажем, Линней прекрасно классифицировал растения на основании количества пестика и тычинок в цветах, но попытка на основе такого же наглядного признака классифицировать животных у него сорвалась. Второй признак более надежен, но во-первых, не так то просто определиться с тем, что считать существенными свойствами, когда наука постоянно изменяет свое понимание мира, а во-вторых, часто эти свойства не наглядны и классификация, основанная на них, проваливается к чертовой бабушке при ее использовании на практике.

Менделеев решил сочетать оба признака: и внешний и существенный. При этом он пытался обнаружить между теми и другими неразрывную связь.

ПРЕДШЕСТВЕННИКИ МЕНДЕЛЕЕВА

В качестве внешнего, а точнее легко устанавливаемого признака Менделеев, как и многие его предшественники выбрал атомный вес. Благодаря работам Дальтона, Авогадро, да и других (особенно непоправимый вклад в этот дело внес Берцелиус) ученые научись определять его величину, не разламывая веществ на атомы, а просто на основе их удельных весов (теперь чаще говорят об удельной массе). Ясно, что говоря об атомном весе элемента, имеют в виду не его вес в граммах, килограммах или фунтах, а исключительно в условных единицах, где 1 -- это атомный вес водорода. То есть атомный вес -- это во сколько раз вес атома элемента весит больше веса атома водоророда.

Также до Менделеева было замечено и то, что атомные веса весьма охотно корреспондируют с их свойствами. Так, вещества с одинаковыми весами часто обладают и сходными свойствами. Так, английский химик Гладстон обнаружил, что очень близки по свойствам тяжелые металлы: платина, родий, иридий, осмий, палладий и рутений. Были обнаружены и другие сходные группы.

Однако с другой стороны было увидено, что многие элементы, химически похожие друг на друга, не имели ничего общего в атомных весах, хотя какие-то числовые закономерности и прощупывались невооруженным глазом. Например, Дюма, который не написал "Трех мушкетеров" только потому что занимался химией, нашел, что в атомных весах лития, натрия и калия очень похоже прослеживаются такие числовые соответствия:

Атомный вес
калия -- 7
натрия -- 23 (7 + (1х16))
лития -- 39 (7 + (2х16))

А немецкий химик Гмелин и английский Олдинг издали свои работы по химии, где скрупулезно перечислили массу таких соответствий. Таблицы и ряды соответствий росли, но никакого общего закона обнаружить не удавалось. Эту недоработку и взялся исправить Менделеев.

Но если с внешним признаком -- атомным весом -- было более или менее ясно, то что прикажете считать за свойства элемента? Менделеев четко и однозначно решил все надежды упаковать в ящичек под названием валентность. Дело это было тогда новое и малопонятное. Сам термин родился только в 1875 году, то есть уже после публикации периодического закона, а тогда ее называли соединительной силой.

Принцип этот был исследован английским химиком Франклэндом, главная работа которого была опубликована в 1853 и его немецким коллегой Кекуле, но всеобщего признания принцип добивался долго. И как раз менделеевский закон и закрепил за понятием валентности значения основного признака, определяющего свойства веществ.

Принцип этот весьма простой: сколько атомов одного элемента соединяются с атомами другого, такова и валентность. H2O -- валентность водорода = 2. SO3 -- валентность серы равна 3. Хорошо, а если SO4, тогда как? Тогда валентность равна 4. Так какая же из валентностей правильная?..

Чем больше, решил Менделеев, тем лучше, маслом типа кашу не испортишь. То есть за валентность серы (а если точнее, то за валентность по кислороду, ибо с другими элементами валентность водорода и серы и остальных элементов будет другой) выше валентность, тем лучше. То есть в своих карточках, Дмитрий Иванович определил валентность серы в 4. Ясно, что понятие валентности тогда только что возникло, и, естественно, у многих веществ еще не была определена толком и ладом, так что Менделееву пришлось немало попотеть, и не ограничиваясь раскладкой карточек, самому в химических опытах определять и уточнять эту валентность. Притом ученый он был строгий, и чтобы провести точнее опыты, гонял бедных сотрудников и студентов как сидоровых коз, добиваясь точности и чистоты в опытах.

Но все эти страдания оказались ненапрасными, и сегодня мы наслаждаемся простой и ясной всем от отличника до троечника Периодической системой элементов.

МИНИАТЮРЫ О НАУКЕ
http://proza.ru/2023/03/21/327