Чтение онлайн

В этой таблице курсивом даны те элементы, которые были поставлены Менделеевым неправильно вследствие незнания их атомных масс или по другим причинам (в 1870 году Менделеев исправил большую часть этих ошибок). Уже в четвёртой строке таблицы классификация потребовала оставления пустых мест. На этих пустых местах должны находиться какие-то ещё не открытые элементы, а именно должен быть один элемент между кальцием и эрбием (впрочем, эрбий здесь поставлен по ошибке, и уже в 1870 году Менделеев правильно поставил вместо эрбия титан) и два элемента между цинком и, мышьяком. Этим элементам Менделеев дал следующие названия: элементу, который должен стоять после кальция, он дал имя экабор{2}, а двум элементам, которые должны идти за цинком, — имена экаалюминий и экакремний (экабор, как видно из таблицы, должен быть аналогичен бору, а экаалюминий и экакремний — алюминию и кремнию). Менделеев был настолько убеждён в своей классификации, что имел смелость заранее описать свойства этих трёх элементов, прежде чем их откроют. Чтобы предсказать свойства, например, экакремния, он сообразил, что экакремний по своим свойствам должен быть чем-то средним между цинком и мышьяком (но заметно ближе к мышьяку) и что, с другой стороны, он должен иметь много сходства с кремнием и с элементом под ним, т. е. с оловом, будучи чем-то средним между кремнием и оловом. (Всё это читатель легко поймёт, пользуясь приведённой таблицей.)

И что же? Предсказания Менделеева блестящим образом сбылись. Летом 1875 года французский химик Лекок де Буабодран, исследуя найденный в Пиренейских горах кусок руды (цинковой обманки), обнаружил в этой руде новый химический элемент, который но своим свойствам был совершенно таким же, как предсказанный Менделеевым экаалюминий. Найденному им элементу Лекок де Буабодран дал название галлий (от латинского слова Галлия, что значит Франция). В 1879 году шведские химики Нильсон и Клёве нашли в одном редком норвежском минерале эвксените предсказанный Менделеевым экабор и назвали его скандием (по-латыни Скандия значит Швеция), И наконец, в 1885 году немецкий химик К. Винклер, исследуя только что открытый в фрейбургских рудниках в Саксонии минерал аргиродит, нашёл в нём предсказанный Менделеевым экакремний. Продолжая тот же ряд патриотических названий, Винклер назвал экакремний германием.

Чтобы убедиться, насколько точны были предсказания Менделеева, сравним свойства экакремния и германия:

Свойства экакремния (обозначался Es), предсказанные Менделеевым в 1871 г.

Экакремний — серый металл, плавится с трудом, атомная масса — 72.

Плотность экакремния должна быть 5,5 г/см3.

Окись экакремния должна иметь формулу EsO2 и плотность 4,7 г/см3. Под действием водорода из неё должен выделяться экакремний.

Хлористый экакремний EsCl должен иметь плотность 1,9 г/см3 и кипеть при 90 °C.

Фтористый экакремний EsF4 не летуч.

Сернистый экакремний EsS2 должен растворяться в сернистом аммонии.

Экакремний этил Es(C2H5)4 должен иметь плотность 0,96 г/см3 и кипеть при 160 °C.

Свойства германия (обозначается Ge), изученные К. Винклером в 1886 г.

Германий — серый, трудно возгоняющийся металл, атомная масса — 72,6.

Плотность германия 5,409 г/см3.

Плотность окиси германия GeO2 4,703 г/см3. Под действием водорода из неё выделяется германий.

Хлористый германий GeCl4 имеет плотность 1,887 г/см3 и кипит при 86 °C.

Фтористый германий GeF4•3H2O — твёрдое белое вещество.

Сернистый германий GeS2 растворяется в сернистом аммонии.

Германий этил Ge(C2H5)4 имеет плотность 0,991 г/см3 и кипит при 160 °C.

Пожалуй, можно сказать, что Менделеев предвидел в этом элементе всё, кроме его названия.

После такой блестящей победы никто уже не мог сомневаться в том, что «периодический закон» Менделеева действительно выражает какое-то весьма глубокое свойство химических элементов и что атомы химических элементов могут быть расположены в какой-то «системе родства». Но что означает это родство химических элементов, эти связи между разными атомами, не имеющими, казалось бы, ничего общего друг с другом, — этого в те времена ещё никто — в том числе и сам Менделеев — не сумел бы сказать.

Периодический закон Менделеева, как выразился один историк химии,

Приведём ещё периодическую таблицу элементов в том виде, который она имела в тридцатых годах. Заметим, что предсказания свойств новых элементов на основании периодического закона неоднократно делались и впоследствии; так, например, У. Рамзай, после открытия (им и Дж. У. Рэлеем) аргона и гелия, предсказал существование неона, криптона, ксенона, которые он потом и открыл вместе с Траверсом в 1898 году.

Нет ничего невозможного в том, что в природе существуют и элементы, обладающие большей атомной массой, чем уран.

Периодическая таблица элементов Менделеева (первая половина 30-х гг. XX века).

Эти элементы, если они существуют, должны были бы в нашей таблице попасть на места, идущие после урана. Но до сих пор эти элементы ещё не были обнаружены в природе [8] ).

Таково, в общих чертах, учение об атомах химических элементов, созданное Дальтоном и определившее всё дальнейшее развитие химии в XIX столетии. Но если гипотеза об атомах и молекулах оказалась такой важной и такой полезной для химии, то какую роль она сыграла в физике, занимающейся гораздо более широкой областью явлений природы, чем химия? Следует заметить, что в физике гипотеза атомов существовала и играла очень большую роль задолго до той поры, когда Дальтон сделал учение об атомах и молекулах необходимым для того, чтобы хоть что-нибудь понимать в химических явлениях. Ведь мы уже говорили о том, как и к теории атомов относился такой гениальный и авторитетный физик, как Исаак Ньютон. Представление об атомах служило физикам для того, чтобы составить ясное понятие о целом ряде физических явлений. Мы нагреваем тело — это тело расширяется. С точки зрения атомной гипотезы это значит, что атомы несколько отошли друг от друга — пустые промежутки между ними увеличились. Как можно было бы наглядно представить себе такое простое явление, как расширение тел при нагревании, если считать вещество не состоящим из атомов, а непрерывный и сплошным? Все газы обладают гораздо меньшей плотностью, чем жидкости и твёрдые тела, — это значит, что атомы (или молекулы) газов находятся на очень больших расстояниях друг от друга; поэтому-то так легко сжать газ, т. е. уменьшить пустые промежутки между его атомами или молекулами. Сжать сколько-нибудь заметно жидкость или твёрдое тело очень трудно, а уменьшить посредством сжатия объём жидкого или твёрдого тела в несколько раз вовсе невозможно. Что это значит? Это значит, что в жидких и твёрдых телах между атомами почти нет пустых промежутков; атомы почти соприкасаются друг с другом, как дробинки в мешочке с дробью, если его хорошенько встряхнуть.

Всякий газ давит изнутри на поверхность стенок того сосуда, в котором этот газ заключён. Как это понять? Очень просто: стоит только предположить, что атомы (или молекулы) газа не находятся в покое, а, напротив, всё время очень быстро движутся. Если это так, то они должны всё время наталкиваться на стенки сосуда и отскакивать от них, как отскакивают бильярдные шары от борта бильярда; стенки сосуда, в котором заперт газ, должны всё время испытывать изнутри целый град толчков, целую бомбардировку со стороны молекул газа. Если увеличить объём сосуда, отодвинув в нём крышку или поршень, или если открыть перед молекулами газа дверь, ведущую в соседнее пустое пространство, то быстро движущиеся молекулы сейчас же начнут проникать в предоставленный им новый объём, пока весь сосуд не заполнится газом равномерно и целиком. Вот почему всякий газ всегда стремится расшириться и заполнить весь предоставленный ему объём. Легко понять, что будет, если сжать газ, находящийся в каком-нибудь сосуде с поршнем: молекулы газа, занимавшие раньше большой объём, теперь вынуждены будут сконцентрироваться в меньшем объёме, а поэтому на каждый квадратный сантиметр поверхности стенки будет приходиться в течение секунды больше ударов молекул, т. е. молекулярная бомбардировка на каждый квадратный сантиметр стенки возрастает. Давление газа, запертого в сосуде, увеличивается при уменьшении объёма этого сосуда. Если нагреть газ, запертый в сосуде, не изменяя его объёма, то давление газа, как показывают опыты, возрастает. Так как число атомов и молекул осталось тем же самым, то для того, чтобы понять, почему молекулярная бомбардировка увеличилась, необходимо допустить, что при повышении температуры молекулы и атомы начинают двигаться быстрее: вследствие увеличившейся скорости их движения возрастёт и число ударов в секунду о стенку (ведь при возросшей скорости каждая молекула успевает в течение секунды большее число раз слетать от одной стенки сосуда до другой и обратно) и, кроме того, возрастёт и сила каждого отдельного удара. Это допущение о том, что при повышении температуры скорость движения атомов и молекул растёт, должно относиться не только к газам, но и к жидкостям, и к твёрдым телам: без этого невозможно понять, каким образом при нагревании происходит испарение.

В самом деле, как должны мы наглядно представлять себе твёрдые тела и жидкости? Жидкости очень подвижны и текучи; это значит, что атомы и молекулы жидкостей, всё время тесно соприкасаясь друг с другом, вместе с тем легко и быстро скользят, перемещаясь по всему объёму жидкости (иногда бывает, что молекула какой-нибудь жидкости так же легко и просто может перемещаться среди молекул другой жидкости; вот почему так быстро происходит, например, перемешивание воды и спирта, если спирт налит поверх воды в какой-нибудь сосуд).