Дмитрий Менделеев и периодическая таблица 1869 года

Кто такой Дмитрий Менделеев?

Дмитрий Иванович Менделеев родился в 1834 году в Тобольске, в Сибири, младшим ребёнком в большой семье. Он учился в Санкт-Петербурге, вёл исследования в Гейдельберге, в Германии, а в 1860 году участвовал в Карлсруэском конгрессе, где химики обсуждали, как надёжно измерять атомные веса. К концу 1860-х годов он был профессором химии Санкт-Петербургского университета.

Проблема учебника

В конце 1860-х годов Менделеев писал новый учебник «Основы химии». Ему требовался логичный порядок изложения элементов, которых было известно чуть более 60. Он собрал их атомные веса и химические свойства, такие как формулы оксидов и число атомов водорода или хлора, с которыми они соединяются, и искал закономерность, которая связала бы их все воедино.

Как он построил таблицу

В начале 1869 года Менделеев расположил элементы в порядке возрастания атомного веса и увидел, что сходные свойства повторяются через регулярные промежутки. Он разместил элементы в виде сетки так, что семейства, такие как щелочные металлы и галогены, выстроились в ряды. Его сообщение было представлено Русскому химическому обществу в марте 1869 года; от его имени его зачитал коллега Николай Меншуткин, а вскоре краткое изложение появилось на немецком языке, что разнесло идею по всей Европе.

Менделеев сформулировал то, что назвал периодическим законом: свойства элементов периодически зависят от их атомных весов. К 1871 году он опубликовал улучшенную таблицу, в которой семейства располагались по восьми вертикальным группам, — схема, гораздо более близкая к используемой сегодня.

Химия прежде порядка по весу

Менделеев больше доверял химическому поведению, чем числам. Там, где строгий порядок по весу поместил бы элемент не в то семейство, он его переставлял: например, поставил теллур перед немного более лёгким иодом, чтобы иод оказался среди остальных галогенов. Он также настаивал, что несколько общепринятых атомных весов попросту неверны. Он удвоил значение для урана — с примерно 120 до 240, повысил значение для индия с примерно 76 до 113 и понизил значение для бериллия с примерно 14 до 9. Более поздние измерения показали, что он был прав во всех трёх случаях, хотя теллур на самом деле тяжелее иода — загадка, решённая лишь в 1913 году.

Пустые места и эка-элементы

Самой смелой чертой таблицы были её пустые места. Менделеев оставлял пробелы там, где не подходил ни один известный элемент, и в 1871 году подробно описал три недостающих элемента. Он назвал их, добавив санскритскую приставку «эка-», означающую «один», к названию элемента, стоящего над каждым пробелом в его таблице: экаалюминий находился на одно место ниже алюминия, экабор — ниже бора, а экасилиций — ниже кремния. Для каждого из них он оценил атомный вес, плотность, а также формулы и свойства соединений.

Предсказания подтверждаются

В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл галлий. Его атомный вес, около 69,7, был близок к 68, которые Менделеев дал для экаалюминия. Лекок сначала измерил плотность галлия как 4,7 грамма на кубический сантиметр, но Менделеев написал, что она должна быть близка к предсказанным им 5,9; на более чистом образце Лекок получил 5,9.

В 1879 году шведский химик Ларс Фредрик Нильсон открыл скандий, а его коллега Пер Теодор Клеве указал, что он соответствует экабору, у которого Менделеев ожидал атомный вес 44 (у скандия около 45). В 1886 году Клеменс Винклер нашёл германий, очень близкий к экасилицию: Менделеев предсказал атомный вес 72 и плотность 5,5, а у германия они составляют 72,6 и 5,3.

Не все его прогнозы сбылись, и он не предвидел целого семейства — благородных газов. Но эти три успеха убедили большинство химиков в том, что периодический закон реален.

Параллельная таблица Лотара Мейера

Менделеев был не единственным химиком на этом пути. Немецкий химик Лотар Мейер составил сходную таблицу в 1868 году, хотя она была опубликована лишь после его смерти, а в 1870 году он опубликовал периодическую таблицу вместе с графиком зависимости атомного объёма от атомного веса, который поднимался и опускался регулярными волнами. Однако Мейер был осторожнее и не публиковал подробных предсказаний недостающих элементов. Уверенные прогнозы Менделеева — во многом причина того, что именно его имя наиболее тесно связано с таблицей.

Признание и менделевий

В 1882 году Лондонское королевское общество наградило Менделеева и Мейера медалью Дэви, а в 1905 году Менделеев получил старейшую награду общества — медаль Копли. Он был номинирован на Нобелевскую премию по химии, но так и не получил её и умер в Санкт-Петербурге в 1907 году.

В 1955 году группа Калифорнийского университета в Беркли, в которую входили Альберт Гиорсо и Гленн Сиборг, получила элемент 101, бомбардируя эйнштейний альфа-частицами, и назвала его менделевием в его честь. Это была заметная дань уважения: элемент, открытый в Соединённых Штатах, получил имя русского учёного в разгар холодной войны.