Читать онлайн «Закон Менделеева». Страница 2

Такие числа трудно запоминать, они неудобны для расчётов. Поэтому в химии принят не вес атомов химического элемента в граммах, а его атомный вес. Атомный вес химического элемента — число относительное; оно показывает, во сколько раз вес атомов какого-либо элемента тяжелее или легче атомов другого химического элемента, вес которого уже известен.

В качестве единицы для сравнения химики взяли сначала самый лёгкий элемент — водород; вес его атомов был условно принят равным единице. Естественно, что атомные веса всех других химических элементов были больше атомного веса водорода и, следовательно, превышали единицу. Например, атомный вес натрия был равен 23, железа— 56, золота— 197 и т. д.

В дальнейшем для сравнения был взят атом кислорода, вес которого был принят равным точно 16; за единицу атомного веса была принята 1/16 веса атома кислорода (атомный вес водорода при этом равен 1,008).

В первой четверти XIX века были установлены единые условные обозначения известных в то время химических элементов. Каждый элемент стали обозначать одной или двумя латинскими буквами (первой или первой и одной из последующих букв латинского названия элемента). Например, латинская буква N обозначает азот (от слова Nitrogenium — азот), Cu — медь (Cuprum), Sn — олово (Stannum), Au — золото (Aurum), Pb — свинец (Plumbum) и т. д.

К середине прошлого века химикам было уже известно более 50 простых, неразлагаемых тел природы — более 50 различных видов атомов, из которых строится мироздание.

Но сколько в мире ещё неоткрытых химических элементов?

Ответа на этот вопрос никто дать не мог.

Не могли ответить химики прошлого века и на другой вопрос: связаны ли различные элементы друг с другом? Большинство учёных первой половины прошлого века считало, что различные химические элементы вообще не имеют между собой никакой связи, что бесцельно поэтому искать нечто единое, общее среди того разнообразия простых тел, какое мы наблюдаем в природе. Химические элементы, по мнению этих учёных, представляют собой совершенно независимые друг от друга, не имеющие между собой ничего общего вещества.

Но так ли это в действительности?

К этому времени в химии был накоплен большой опытный материал. Были изучены различные свойства не только всех известных к тому времени химических элементов, но и свойства многочисленных соединений этих элементов друг с другом. Таких соединений насчитывалось уже несколько тысяч.

Во всём этом множестве химических соединений необходимо было разобраться. Химия нуждалась в единой стройной системе, которая объединила бы и упорядочила это многообразие.

К концу 60-х годов прошлого века было известно уже 63 химические элемента.

Открытия новых элементов совершались случайно. Изучая те или иные вещества, химик обычно не подозревал, где и когда он может натолкнуться на новый вид атомов.

Так, химик Балар исследовал рассолы соляных промыслов Средиземного моря. Пропуская однажды через рассол газ хлор, он заметил, что цвет рассола изменился, стал бурым. Учёный заинтересовался этим явлением и ему удалось установить, что эту окраску сообщала рассолу неизвестная жидкость бурого цвета с резким неприятным запахом. Оказалось, что им был открыт новый химический элемент, названный бромом.

Столь же случайно открыты были иод, кадмий и другие химические элементы.

Так обстояло дело до 1869 года.

В марте месяце 1869 года на заседании Русского физико-химического общества в Петербурге была зачитана работа молодого русского химика Д. И. Менделеева об открытой им зависимости свойств химических элементов от их атомного веса. Менделеев был в то время болен; его сообщение прочёл за него известный русский химик Н. А. Меншуткин. Д. И. Менделеев писал, что он создал естественную систему всех химических элементов, в которой они располагались друг за другом в порядке возрастания их атомных весов. В такой системе наблюдается замечательная закономерность: химические свойства элементов повторяются через определённые, правильные промежутки, повторяются периодически. Учёный так и назвал свою систему — периодической системой элементов.

Таким образом, Менделеев показал, что каждый химический элемент — это вид атомов, характеризующийся не только величиной атомного веса, но и местом, занимаемым в периодической таблице.

Великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев (родился в 1834 году, умер в 1907 году).

Менделеев не был первым учёным, который искал единство в разнообразии химических элементов. Мысль о закономерной связи между свойствами химических элементов возникла ещё в XVIII веке. Однако попытки химиков найти закономерность среди химических элементов до Менделеева были безуспешными.

Представьте себе ряд химических элементов, расположенных в порядке возрастания их атомных весов.

При первом взгляде на такой ряд не видно никакой последовательности в изменении свойств химических элементов. Ни один элемент не походит на своих соседей. Сходство, однако, имеется, но не у элементов, стоящих рядом, а у элементов, разделённых другими, несходными химическими элементами.

ОПЫТЪ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВЪ,

ОСНОВАННОЙ НА ИХЪ АТОМНОМЪ ВѢСѢ И ХИМИЧЕСКОМЪ СХОДСТВѢ,

Д. Менделеев!» Рис. 1. Периодическая система химических элементов в том виде, в каком она была впервые опубликована (в 1869 году).

На рисунке 1 приведена периодическая система элементов в том виде, как она была впервые опубликована Д. И. Менделеевым. Вторым по порядку в этой таблице стоит элемент литий (Li). Это — лёгкий, так называемый щелочной металл; соединяясь с водой, он образует щёлочь. За ним следуют шесть элементов, свойства которых иные, чем у лития. Но седьмой элемент, натрий (Na), снова повторяет свойства лития; это — тоже щелочной металл. Ещё через шесть элементов, через период элементов, мы видим новый щелочной металл — калий (К).

Посмотрим, как повторяются свойства соседа лития — лёгкого металла бериллия (Be) — третьего по счёту химического элемента в таблице Менделеева. Оказывается, и здесь его свойства повторяются через тот же период — через шесть элементов находится химический элемент магний (Mg), тоже лёгкий металл, повторяющий в основных чертах свойства своего «родственника». Пропустите ещё шесть элементов, и вы увидите кальций (Са), напоминающий по своим свойствам бериллий и магний.

Таким же образом повторяются свойства бора (В) у элемента алюминия (Al), стоящего на седьмом после него месте, свойства фтора (F) — у хлора (Cl) и т. д.

Такая закономерность наблюдается, однако, не во всём ряду элементов. Начиная с калия, элементы с одинаковыми химическими свойствами располагаются уже не через шесть, а через шестнадцать мест друг от друга [1].

Подметив эти закономерности, Менделеев разделил весь ряд химических элементов на несколько частей — периодов — и затем расположил эти части одну под другой таким образом, что элементы со сходными свойствами поместились друг под другом, образуя вертикальные столбцы — группы сходных элементов:

литий — 7

бериллий — 9,4

бор — 11

углерод — 12

азот — 14

кислород — 16

фтор — 19

натрий — 23

магний — 24

алюминий — 27,4

кремний — 28

фосфор — 31

сера — 32

хлор — 35,5

и т. д. (цифры обозначают атомные веса элементов).

Свойства элементов в одном периоде изменяются также не случайно. И здесь имеется вполне определённая закономерность. Возьмём тот же период — от лития до фтора. Первым в нём стоит химически активный металл (литий); он легко вступает в соединения с другими веществами; за ним идёт металл, менее химически активный (бериллий); далее стоит элемент ещё менее активный, его металлические свойства выражены ещё слабее (бор). Затем мы видим уже переход от металлов к неметаллам (углерод, азот). Здесь химическая активность элементов идёт по восходящей линии: первый из элементов — азот — наиболее неактивный, следующий — кислород — уже значительно более активный металлоид (металлоид — значит неметалл) и последним стоит очень активный металлоид — фтор.

Чтобы яснее представить, как именно изменяются в периодической таблице свойства элементов по мере увеличения атомного веса, посмотрим, как изменяются некоторые их химические свойства.

Возьмём, например, такое важное химическое свойство, как валентность. Валентностью называется способность атома какого-либо элемента соединяться с определённым числом атомов другого элемента. Наименьшей валентностью обладает атом водорода, поэтому его валентность принята за единицу.

Валентность других химических элементов выражается числом, показывающим, сколько атомов водорода может присоединять или замещать атом того или иного элемента. Если атом элемента присоединяет или замещает один атом водорода, его валентность также равна единице; другими словами, говорят, что данный химический элемент одновалентен; если атом элемента присоединяет или замещает два атома водорода, элемент двухвалентен, и т. д.