книги / Неорганическая химия

В. таблице Ньюлендса восемь вертикальных рядов' содержат: по 7 элементов; каждый восьмой элемент обнаруживает свой* ства, близкие к свойствам стоящего над ним первого элемента.

Т а бл и ц а 8

Закон октав Дж. Ньюлендса (1863)

Однако в рядах, помимо родственных элементов, находятся и такие, которые ничего общего с другими элементами ряда не имеют. Так, вместе с галогенами стоят Н, Со, N1, РО, Р1,1г. Даже известные в то время 62 элемента не умещались в таблице, и Ньюлендсу пришлось под одним номером ставить два элемента. Чтобы сходные элементы оказались в одном ряду, Ньюлендс до­ пускал произвольные перестановки, не считаясь с принципом нарастания атомного веса. Таким образом, таблица Ньюлендса была надуманной схемой, ни в коей мере не отражающей объ­ ективного закона природы.

Не имела большой научной ценности и таблица Л. Мейера, хотя он и пользовался более точными атомными весами элемен­ тов. Он и не пытался предсказывать существование каких-либо еще не известных элементов.

Перечисленные попытки систематизации не давали и не могли дать общей, всеобъемлющей картины природы химических эле­ ментов хотя бы потому, что авторы таблиц не учитывали воз­ можности открытия новых элементов, не оставляли для них мес* та в таблицах.

2. ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН И ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЭЛЕМЕНТОВ Д. И. МЕНДЕЛЕЕВА

Многочисленные попытки найти зависимость химической при­ роды элементов от величины их атомных весов не привели к по­ ложительным результатам, так как не имели под собой строго научной основы.

Менделеев поставил пеоед. собой

Д. И. Менделеев обладал даром ви­ деть и находить как. в простейших, так и в самых сложных явлениях определенную связь и взаимозави­ симость. Убежденный материалист Менделеев широко применял диа­ лектический метод познания.

Сущность научной системы хими­ ческих элементов он видел именно в раскрытии связи между двумя ос­ новными фундаментальными свой­ ствами элементов: атомным весом (массой атома) элемента количе­

ственной. характеристикой и всем комплексом химических свойств элемента — качественной характеристикой.

Роль атомного веса при классификации элементов, по мне­ нию Менделеева, основана на том, что величина его показывает относительную массу атома, т. е. такое свойство вещества, от ко­ торого должны находиться в зависимости все остальные свой­ ства материи (в том числе и химические). Эта роль усиливалась тем, что все атомы данного элемента обладают одним и тем же постоянным атомным весом, который они сохраняют при самых различных химических реакциях.

В 1869 г. Д. И. Менделеев так формулировал открытый им периодический закон химических элементов: «Свойства простых тел (элементов), а также форма и свойства соединений элемен­ тов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов»; другими словами: «Свойства химических элементов находятся в периодической зависимости от их атом­ ных весов». В опубликованной в 1869 г. «Естественной классифи­ кации элементов, основанной на их химическом свойстве и атом­ ном весе» Д. И. Менделеев иллюстрировал открытый им закон таблицей естественной периодической системы химических эле­ ментов. На заседании Русского химического общества в декаб­ ре 1870 г. Д. И. Менделеев сообщил дополненную им таблицу периодической системы элементов.

В таблице элементы расположены в порядке возрастания их атомных весов: по. горизонтали периоды и ряды, по вертикали группы элементов. Атомные веса некоторых элементов (Ве, Се,

1л, ТЬ, II) были несколько изменены Менделеевым по сравнению с тогда существовавшими данными. В таблице оставлены пус­ тые места для неоткрытых элементов. Поразительно то, что детальная проверка атомных весов элементов (Ве, Се, Ди Те) чешским ученым Браунером подтвердила правильность предпо­ ложений Менделеева. Еще более поразительным фактом было открытие новых элементов, для которых в таблице периодиче­ ской системы оставлены свободные места и многие свойства ко­ торых предсказаны Менделеевым.

Первым в 1875 г. был открыт галлий французским ученым Лекок-де-Буабодраном. Свойства галлия совпадали с предска­ занными Менделеевым для экаалюминия, за исключением удель­ ного веса. По этому поводу Менделеев написал Буабодрану письмо, в котором утверждал, что он ошибается. Определив бо­ лее точно удельный вес галлия, Буабодран признал свою ошибку. В 1880 г. в Швеции Нильсон открыл новый элемент и назвал его скандием; по свойствам он соответствовал предсказанному Мен­ делеевым экабору. В 1886 г. в Саксонии Винклер открыл герма­ ний и решил, что это элемент V группы. Но после письма Мен­ делеева Винклер признал свою ошибку, и что его германий есть экасилиций Менделеева. Насколько близко совпадают пред­ сказанные свойства экасилиция со свойствами открытого гер­ мания, можно судить по следующим данным:

Винклер писал: «Вряд ли может существовать более яркое до­ казательство справедливости учения о периодичности элементов, чем открытие до сих пор гипотетического экасилиция; оно со­ ставляет, конечно, более чем простое подтверждение смелой тео­ рии, оно знаменует собою выдающееся расширение химического поля зрения, гигантский шаг в области познания».

Открытия галлия, скандия, германия окончательно укрепили периодический закон химических элементов.

Названия еще не открытых элементов, но подробно им опи­ санных, Д. И. Менделеев произвел от названия ближайшего к

.каждому из них родственного элемента (сверху по вертикали) с добавлением приставки «эка»; в названии элементов, отстоящих от родственных еще ниже, он предложил приставку «дви» вместо «эка». Так им были названы упоминавшиеся выше экасилиций (германий), экаалюминий (галлий) и т. п.

В 1894 г. английские ученые Рамзай и Релей заявили об от­ крытии ими в воздухе нового газа — аргона. Этому элементу, как и другим элементам, открытым позже также в воздухе, — гелию, неону, криптону, ксенону — не находилось места в периодической таблице. По договоренности с Рамзаем Д. И. Менделеев пред­ ложил расширить систему, введя в таблицу еще одну дополни­ тельную (девятую) группу, назвав ее нулевой. Таблица полу­ чила более стройный вид, так как . группа инертных газов со­ ставляет естественный переход от группы сильнейших неметал­ лов — галогенов к группе сильнейших металлов — щелочных (табл. 9).

Под каждой группой даны общие формулы высших окислов и газообразных водородных соединений, из которых видно, что валентность по кислороду возрастает от группы к группе, а ва­ лентность по водороду достигает максимума в четвертой группе, а затем равномерно уменьшается.

По мере открытия новых элементов пустые места в таблице

87

В V группеазот и фосфор — типичные неметаллы, а мышьяк; сурьми: и висмут — элементы промежуточные, - причем металли­ ческие свойства ярче выражены у самых тяжелых из них — у сурьмы и висмута,

В VII группе у свободного йода наблюдается Металлический блеск, а его некоторые окислы амфотерны.

Итак, химические элементы, за исключением элементов нуле* вой и VIII групп, можно грубо разделить на металлы, находя­ щиеся по преимуществу слева в нижней части периодической таблицы, и на неметаллы, размещающиеся главным образом справа в верхней части таблицы. По диагонали, проведенной от левого верхнего угла к нижнему правому, расположены элемен­ ты с двойственным характером.

Горизонтальное направление объединяет элементы с посто­ янным изменением атомных весов, валентности, структуры на­ ружных электронных слоев (см. дальше). Вертикальное направ­ ление связывает элементы определенной валентности, опреде­ ленной структуры наружных электронных слоев.

В диагональном направлении слева направо связываются элементы по возможности близких радиусов их ионов, хотя и разной валентности. Это определяет совместное присутствие элементов в их кристаллических формах, что, несмотря на неко­ торые химические различия, намечает их совместное нахожде­ ние в природе. Такие диагонали, например, связывают элементы Ве—А1—Ое; В— 51; 1л—Мд; И — ЫЬ—Та. Пересечение направле­ ний по горизонтали, вертикали и диагонали от данного элемента приводит к некоторому сходству элементов, так называемой «звездности» периодической системы, впервые отмеченной акадомиком А. Е. Ферсманом. Например:

Звездность Менделеевской таблицы, которая явилась веду­ щим началом для установления закона изоморфизма (однотип­ ности кристаллических форм), приближает в природных про­ цессах. элементы друг к другу, связывает их в1геохимическом процессе общностью свойств.

Итак, место химического элемента в таблице периодической системы Д. И. Менделеева определяется свойствами элемента и, в первую очередь, валентностью, формой кислородных и во­ дородных соединений.

Поэтому периодическая система — это исходное руководя­ щее начало для изучения свойств химических элементов. Она служит основой широких перспектив развития науки и техники. Поиски новых химических элементов до открытия периодиче-

91