...и чудеса, которые увидели свет

Время подлинных чудес приближалось. Знаменитый англичанин Роберт Бойль окончательно захлопнул перед алхимиками дверь в науку о металлах. Тщательно проштудировав и перепроверив их трактаты, он отверг "четыре элемента" Аристотеля и предположил, что первоначальные, истинные элементы будут открыты при последовательном разложении тел на простые вещества. Не будучи составленными из других веществ или друг из друга, "'они являются теми составными частями, из которых в конечном счете, состоят все вещества природы". Это было сказано в конце XVII века.

Казалось, вот-вот исследователи прикоснутся наконец к истинному знанию. Но вскоре после смерти Бойля в ученых трактатах немецкого естествоиспытателя Георга Шталя (1660-1754 годы) появляется некое новое "невесомое вещество - флогистон". По теории Шталя его содержат все горючие вещества и металлы. Опять мистика? Не совсем. Это огромный опыт работы с металлами, помноженный на глубокие размышления. И пусть выводы пока еще неверны, Шталь обращается уже непосредственно к металлургам, он пытается исследовать основы их ремесла, принести им реальную пользу. Он хочет объяснить процессы горения веществ, превращения металлов в "земли" окислы (окалину), получение металлов из руд. По его мнению, гипотетический флогистон - есть то, что уходит в виде пламени при сжигании угля в металлургической печи и прокаливании самих металлов на огне. После его удаления остается негорючая часть; при сгорании угля - зола, при обжиге металла - окалина. Вот схема такого процесса:

Уголь = флогистон + зола

Металл = флогистон + окалина

Как же превратить окалину в металл? Шталь считал, что это очень просто. Необходимо "земле" (окалине) вернуть флогистон, например, прокалив ее с углем, который как раз богат флогистоном. Последовательность процесса такова:

Окалина + уголь (флогистон) = металл.

В этой теории было много притягательного для ученых того времени, в ней содержались и некоторые верные советы металлургам.

К тому времени было известно уже двадцать четыре металла. Много это или мало? Тут, памятуя о нашем недавнем разговоре, читатель может пошутить: "Больше, чем планет!" Но лучше вспомнить иное. Что делает рачительный хозяин, когда в инструментальном ящике для домашних поделок собирается примерно такое же количество разных болтов или гаек? Очевидно, он начинает их разбирать, раскладывать по размерам. Нечто подобное случилось и в учении о металлах. Только у исследователей есть для этого особый термин - "систематизировать".

Почти два с половиной десятка металлов. Все разные, непохожие один на другого ни внешне, ни по свойствам. Впрочем, несмотря на различия, у некоторых из них имеются очень сходные качества. Требовалось навести в их рядах порядок, как говорят, разложить их по полочкам.

Первым всерьез занялся этим французский ученый Антуан Лавуазье (1743-1794 годы).

Вслед за Бойлем он полагал, что элементы - это самые простые вещества, которые нельзя разложить и которые при химическом взаимодействии с другими веществами обращаются в продукты, более сложные и тяжелые. Все простые тела Лавуазье разбивает на четыре класса. В первом - самые простые вещества-элементы: свет, "теплород", кислород, азот и водород. Во второй класс ученый включил все элементы-неметаллы. Простые металлические вещества вошли в третий класс. Известь, магнезия, барит, глинозем, кремнезем - "землистые" вещества, которые могут дать "соли", составили четвертый класс. О металлах в своем труде "Элементарный курс химии", вышедшем в 1789 году, ученый пишет: "Простые вещества металлически, окисляющиеся и дающие кислоты: сурьма, серебро, мышьяк, висмут, кобальт, медь, олово, железо, марганец, ртуть, молибден, никель, золото, платина, свинец, вольфрам, цинк".

Не во всем, разумеется, была верна теория Лавуазье. Но первую попытку научной систематизации веществ по их химическим признакам он сделал. На ее принципы опирались многие последователи французского ученого.

В начале XIX века среди передовых умов того времени утвердилось атомистическое учение англичанина Джона Дальтона (1766-1844 годы) о строении вещества, развивающее представление древнейших философов школы великого Демокрита, учившего, что все "сущее" состоит из бесчисленного множества неделимых и незримых атомов, различавшихся по размерам, форме и строению и движущихся по законам механической необходимости.

Однако прежде Дальтона гениальный Ломоносов предложил во многом более глубокую корпускулярную теорию, или, говоря сегодняшним языком, атомно-молекулярное учение. Современники его не поняли: уж слишком оно опередило свое время - почти на полвека!

А между тем удивительные открытия следуют одно за другим. Ученые пытаются "взвесить" атом! В 1814 году швед Берцелиус публикует атомные веса всех химических элементов, известных к тому времени...

К середине XIX столетия в общем ряду известных шестидесяти трех химических элементов насчитывали уже сорок восемь металлов. Однако толком объяснить, в чем их отличие от неметаллов, не могли. Классифицировали металлы практически вслепую. Закона, который бы позволил сопоставить все элементы и надежно их систематизировать, не знали.

Закон этот, как известно, был впервые записан на обороте одного из писем, которые часто приглашали профессора Петербургского университета Дмитрия Ивановича Менделеева в дальнюю дорогу - на помощь производственникам. Точнее, это был еще не сам закон, а первый набросок периодической таблицы химических элементов. В ней ученый попытался расположить все элементы в порядке возрастания их атомных весов и впервые наметить периодическую повторяемость их свойств.

Долог, изнуряющ был путь к открытию, пришедшему 17 февраля 1869 года. Мысль о химическом сродстве элементов и неизвестном пока законе, это сродство определяющем, не оставляла его со студенческих лет. А в последние месяцы она разгоралась с особенной силой. Напряжение поисков росло день ото дня. Ученый вновь и вновь перекладывал карточки, на одной стороне которых были написаны названия элементов, а на другой - атомный вес и формулы некоторых важнейших соединений данного элемента. Менделеев работал по многу часов кряду, пока не начинала кружиться от напряжения голова и не застилала глаза дрожащая пелена... В тот раз, по рассказу самого Менделеева, он думал над таблицей целую ночь до утра, но опять ничего не вышло; с досады он бросил работу и, томимый желанием выспаться, тут же, в рабочем кабинете, не раздеваясь, повалился на диван и крепко заснул. Во сне ученый вполне отчетливо увидел таблицу, на которую многие месяцы была нацелена вся мощь его мозга. Даже во сне радость Менделеева была так сильна, что он тотчас проснулся и быстро набросал таблицу на первом же попавшемся под руку клочке бумаги...

С того дня Менделеев приостановил свои прочие исследования и все усилия сосредоточил на том, чтобы сформулировать периодический закон. 1 марта 1869 года ученым России и зарубежным коллегам был разослан первый вариант периодической системы. Он уместился на небольшом листке, в верху которого было написано: "Опыт системы элементов".

Первый вариант периодической системы

Периодический закон был сформулирован так:

"Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости... от их атомного веса".

Что же следовало из этого закона?

Из открытого Менделеевым принципа аналогии свойств атомов следовало, например, что атомная масса каждого элемента примерно равна среднему арифметическому из четырех ближайших соседей в пределах ряда и группы. В тогдашней периодической таблице было довольно много пустых мест, массы даже известных элементов подсчитаны неточно. Теперь же появилась возможность атомную массу оценить простейшими арифметическими вычислениями! Мало того, стало возможным предсказать свойства и атомные массы совершенно неведомых элементов, о существовании которых тогда и не догадывались и которые открыли, лишь спустя многие десятилетия!

Только по расположению элемента в таблице Д.И. Менделеев мог многое рассказать о еще неведомом "жильце" из пустой клетки. Он мог точно сказать: металл это будет или неметалл, перечислив важнейшие свойства и даже указав химическую активность элемента.

Ученым, верно оценившим Периодическую систему элементов Д.И. Менделеева, стало ясно, что неизвестные элементы скорее всего можно отыскать в тех же минералах, в которых обнаружены родственные им элементы периодической системы.

В одном лишь первоначальная формулировка Д.И. Менделеева была не полной. Он был уверен в неизменности атомной массы элементов. Этому учила классическая атомная теория того времени ...

В 1896 году А. Беккерель экспериментально пришел к открытию явления радиоактивности. Через несколько лет супруги Пьер и Мария Кюри, исследуя это явление, открыли полоний и радий - новые металлы с совершенно необычными свойствами: элементы испускали особые "всепроникающие" лучи и светились даже в полной темноте. В результате глубокого осмысления этих явлений в науку вошли новые представления о строении вещества: у одних и тех же элементов могут быть атомы с разными атомными массами, но эти элементы всегда сохраняют порядковый номер в определенной системе, который зависит от заряда ядра. Все химические свойства у таких атомов (изотопов) остаются неизменными.

С учетом этого периодический закон стал читаться так:

"Свойства элементов, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов".

Не удались чудеса алхимикам: мир не увидел волшебных превращений меди в золото. Сегодня в правилах ученых говорить, что чудес в природе не бывает. Но "чудеса" все-таки были... Они увидели свет со страниц научных трактатов. Чудесами были замечательные мысли и открытия, осветившие самые потаенные законы природы. И разве не настоящее чудо тот, самый первый, листок бумаги, испещренный символами химических элементов, цифрами и вопросительными знаками, которые раскрывали смысл вещей больше, чем все алхимические утверждения вместе взятые! Листок с "Опытом системы элементов".

Все открытые и даже неоткрытые (!) первокирпичики мироздания стали по своим местам в Периодической таблице элементов Д.И. Менделеева. Обрела прочное, законное место и медь. Теперь можно повнимательнее вглядеться в ее физико-химический портрет.