Рассказ о строении вещества - Мезенцев Владимир Андреевич - Страница 17

Так, в одном периоде мы видим полный набор самых различных элементов. Тут есть и металлы и неметаллы с их характерными признаками, и химически активные элементы и неактивные, с трудом вступающие в соединения элементы.

Неудивительно поэтому, что за такой группой элементов, охватывающей все их различные свойства, следуют элементы, свойства которых повторяют свойства веществ первого периода.

Таким образом, Менделеев открыл естественную последовательность элементов, ту последовательность, какую подсказывает сама природа.

Но и это было ещё не всё! Самое замечательное было в тех выводах, которые сделал Менделеев из своего открытия.

Располагая элементы в порядке возрастания их атомных весов, Менделеев делал это не ради того, чтобы любой ценой связать их свойства с их атомными весами. Совсем нет. Великий химик только искал более всеобъемлющую связь простых тел природы, указывающую на единство всех известных элементов. И вот, когда он нашёл периодическую зависимость свойств этих элементов от их места и от их атомного веса, то сразу же сделал правильный, гениальный вывод. Ведь теперь, зная, как именно должны изменяться свойства рядом стоящих элементов, зная, сколько элементов и с какими именно свойствами должно находиться в каждом отдельном периоде, можно проверить правильность атомных весов у различных элементов; мало того, можно видеть, где, в каких местах нет элементов с нужными для полного периода качествами, то-есть можно строго научно предсказать, какие элементы должны еще существовать в природе, предсказывать свойства этих неоткрытых веществ.

Вот какой замечательный вывод сделал из своего открытия Менделеев.

А сделав такой вывод, учёный смело приступил к исправлению и дополнению своей таблицы. Так, если строго следовать установленным атомным весам элементов, то элементы иод и теллур, например, нарушали последовательность свойств элементов в природе. Если же их переставить местами, то эта последовательность восстанавливается. Значит, так именно и нужно поместить эти элементы — иод за теллуром, а не наоборот, как следовало бы сделать, руководствуясь только атомным весом.

Атомный вес урана в то время считался равным примерно 120. Если верить этому весу, уран должен располагаться в середине менделеевской таблицы. Однако химические свойства этого элемента говорили о том, что его место должно быть в самом конце таблицы, там, где расположились химические элементы с большими атомными весами. И Менделеев смело исправляет ошибку — он увеличивает атомный вес урана вдвое. Так говорит периодический закон, и так должно быть в действительности. С новым атомным весом уран становится на последнем месте таблицы.

Проверка атомного веса урана, проведённая после этого, устанавливает, что Менделеев оказался прав.

Сравнивая далее свойства элементов по периодам, Менделеев увидел в отдельных местах разрывы в последовательности свойств. Например, на месте родственника алюминия стоял совсем не похожий на него титан. А от этого нарушалось сходство в периодах и у других элементов. Значит, на месте титана должен стоять какой-то другой, еще не открытый элемент, по своим химическим свойствам обязательно схожий с алюминием. И Менделеев оставляет на этом месте в таблице пустую клетку. Мало того, он подробно описывает все химические и физические свойства этого неизвестного химикам простого вещества — его цвет, растворимость, удельный вес и пр. Он настолько ясно представляет себе свойства этого никому неведомого элемента, что даже предсказывает, как будет открыто новое простое вещество. Менделеев пишет, что этот металл будет обладать большей летучестью, чем алюминий, а потому можно надеяться, что он будет открыт спектральным исследованием (особый способ физического исследования тел).

Таким же образом Менделеев оставляет пустые места и ещё для двух неоткрытых элементов — родственников кремния и бора.

Оставляя пустые клетки в своей таблице и описывая свойства ещё никем не виданных химических элементов, Менделеев был твёрдо уверен в правоте своего закона. Он был убеждён, что эти неизвестные пока элементы рано или поздно будут открыты.

«Мы не имели до сих пор никакой возможности предвидеть отсутствие тех или других элементов, — писал русский учёный, — потому именно, что не имели никакой строгой для них системы, а тем более не имели повода предсказывать свойства таких элементов. Решаюсь сделать это ради того, чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».

С другой стороны, открытый закон говорил о том, что нечего искать какой-либо неизвестный щёлочной металл, скажем, между натрием и калием; или пытаться обнаружить элементы, которые по своим свойствам и атомному весу могли бы расположиться между азотом и кислородом. Таких элементов в природе нет — так говорил закон Менделеева.

Но так ли всё это обстоит в действительности?

Слово было за будущим. Подтвердит ли оно научное предвидение Менделеева?

2. Проверка временем

Уже давно, около 300 лет назад, было установлено, что обычный белый свет, идущий к нам от солнца или какого-либо искусственного источника, — свет сложный. Он содержит в себе сумму, или, как говорят, спектр различных цветных лучей — красных, оранжевых, жёлтых, зелёных, голубых, синих и фиолетовых.

Мы часто видим эти цвета во многих природных явлениях, например в радуге. При этом явлении белый солнечный свет как раз и разлагается на свои составные части — отдельные цветные лучи. Можно такого разложения добиться и у себя в комнате. Для этого достаточно луч белого света пропустить через трёхгранную стеклянную призму. Пройдя такую призму, свет преломится и распадётся на составные цвета (рис. 7).

Рис. 7. Трехгранная стеклянная призму разлагает сложный белый свет в спектр.

Объясняется это тем, что различные цветные лучи преломляются в призме под разными углами.

Это было известно давно.

Но вот в середине прошлого века, незадолго до открытия Менделеева, изучая спектры света, идущего от различных источников, учёные установили один замечательный факт. Было замечено, что пока свет идёт от какого-либо раскалённого и благодаря этому светящегося тела, твёрдого или жидкого, спектр этого света всегда одинаков и подобен спектру солнечных лучей. Какое бы тело ни было взято, спектр его сплошной, цветные лучи следуют друг за другом и в одном и том же порядке.

Но стоит превратить какое-то твёрдое или жидкое тело в раскалённые газы, как свет, испускаемый этими газами, начинает давать уже совсем иной, так называемый линейчатый спектр. Такой спектр состоит не из цветных полосок, а из цветных линий, разделённых тёмными промежутками. При этом — и это самое замечательное — каждый химический элемент, входящий в состав тела, даёт свой собственный, отличный от всех других, линейчатый спектр!

Так, пары калия дают спектр, состоящий из красной и фиолетовой линий; в спектре водорода три характерные линии: красная, зелёно-голубая и синяя.

Таким образом был открыт новый, замечательный способ исследования различных тел природы — спектральный анализ. В самом деле, стоило лишь каким-либо путём раскалить неизвестное испытуемое вещество так, чтобы раскалённые пары его начали светиться, и направить затем свет, идущий от паров, в аппарат — спектроскоп (основной частью которого является трёхгранная призма), как можно было легко увидеть по спектру излучения, с каким веществом мы имеем дело. И что особенно важно — чувствительность этого нового метода анализа была необычайно велика. Миллионные и миллиардные доли грамма какого-либо элемента обнаруживали своё присутствие в спектроскопе!