Дмитро Менделєєв і періодична таблиця 1869 року

Хто такий Дмитро Менделєєв?

Дмитро Іванович Менделєєв народився 1834 року в Тобольську, в Сибіру, наймолодшою дитиною у великій родині. Він навчався в Санкт-Петербурзі, працював над дослідженнями в Гайдельберзі (Німеччина), а 1860 року взяв участь у Карлсруеському конгресі, де хіміки обговорювали, як надійно вимірювати атомні ваги. Наприкінці 1860-х він був професором хімії Санкт-Петербурзького університету.

Проблема підручника

Наприкінці 1860-х Менделєєв писав новий підручник «Основи хімії». Йому потрібен був логічний порядок викладу елементів, яких було відомо трохи більше ніж 60. Він зібрав їхні атомні ваги та хімічні властивості, як-от формули їхніх оксидів і кількість атомів водню чи хлору, з якими вони сполучаються, і шукав закономірність, що поєднала б їх усіх.

Як він побудував таблицю

На початку 1869 року Менделєєв розташував елементи за зростанням атомної ваги й побачив, що подібні властивості повторюються через правильні проміжки. Він розклав елементи в сітку так, щоб родини, як-от лужні метали й галогени, вишикувалися в лінії. Його доповідь було представлено Російському хімічному товариству в березні 1869 року, її зачитав від його імені колега Микола Меншуткін, а невдовзі короткий виклад з’явився німецькою, що рознесло ідею Європою.

Менделєєв сформулював те, що назвав періодичним законом: властивості елементів періодично залежать від їхніх атомних ваг. До 1871 року він опублікував удосконалену таблицю, в якій родини йшли вниз у восьми вертикальних групах, — розташування, значно ближче до сучасного.

Хімія перед порядком за вагою

Менделєєв більше довіряв хімічній поведінці, ніж числам. Там, де суворий порядок за вагою поставив би елемент не в ту родину, він його переміщував: помістив телур перед трохи легшим йодом, щоб йод опинився серед інших галогенів. Він також наполягав, що кілька загальноприйнятих атомних ваг просто хибні. Він подвоїв значення для урану з близько 120 до 240, підняв значення для індію з близько 76 до 113 і знизив для берилію з близько 14 до 9. Пізніші вимірювання показали, що він мав рацію в усіх трьох випадках, хоча телур справді важчий за йод — загадка, розв’язана лише 1913 року.

Прогалини та екаелементи

Найсміливішою рисою таблиці були її порожні місця. Менделєєв залишив прогалини там, де не підходив жоден відомий елемент, і 1871 року докладно описав три з відсутніх елементів. Він назвав їх, додавши санскритський префікс «ека-», що означає «один», до назви елемента над кожною прогалиною: екаалюміній стояв на одне місце нижче від алюмінію, екабор — під бором, а екасиліцій — під кремнієм. Для кожного він оцінив атомну вагу, густину, формули та властивості його сполук.

Передбачення підтверджуються

1875 року французький хімік Поль-Емілі Лекок де Буабодран відкрив галій. Його атомна вага, близько 69,7, була близькою до 68, які Менделєєв дав екаалюмінію. Спершу Лекок виміряв густину галію як 4,7 грама на кубічний сантиметр, але Менделєєв написав, що вона має бути близькою до його передбачених 5,9; з чистішим зразком Лекок отримав 5,9.

1879 року шведський хімік Ларс Фредрік Нільсон відкрив скандій, а його колега Пер Теодор Клеве вказав, що він відповідає екабору, для якого Менделєєв очікував атомну вагу 44 (у скандію — близько 45). 1886 року Клеменс Вінклер знайшов германій, що дуже добре відповідав екасиліцію: Менделєєв передбачив атомну вагу 72 і густину 5,5, а в германію вони становлять 72,6 і 5,3.

Не всі його прогнози справдилися, і він не передбачив цілу родину — благородні гази. Але ці три успіхи переконали більшість хіміків, що періодичний закон реальний.

Паралельна таблиця Лотара Мейєра

Менделєєв був не єдиним хіміком на цьому шляху. Німецький хімік Лотар Мейєр накидав подібну таблицю 1868 року, хоча її опублікували лише після його смерті, а 1870 року він опублікував періодичну таблицю разом із графіком залежності атомного об’єму від атомної ваги, що підіймався й спадав правильними хвилями. Проте Мейєр був обережнішим і не публікував докладних передбачень відсутніх елементів. Впевнені прогнози Менделєєва — велика частина причини, чому саме його ім’я найтісніше пов’язане з таблицею.

Визнання та менделевій

1882 року Лондонське королівське товариство присудило свою медаль Деві Менделєєву та Мейєру, а 1905 року Менделєєв отримав найстарішу нагороду товариства — медаль Коплі. Його номінували на Нобелівську премію з хімії, але він її так і не отримав, і помер у Санкт-Петербурзі 1907 року.

1955 року команда Каліфорнійського університету в Берклі, зокрема Альберт Гіорсо та Гленн Сіборг, отримала елемент 101, бомбардуючи ейнштейній альфа-частинками, і назвала його менделевієм на його честь. Це була помітна шана: елемент, відкритий у Сполучених Штатах, названий на честь російського вченого в розпал холодної війни.