Дмитрий Менделеев р одился 8 февраля 1834 в Тобольске, сем н а дцатым и последним ребенком в семье И вана Павловича Менделеева, в то время зани мавшего должность директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. В том же году отец Менделеева ослеп и вскоре лишился места (умер в 1847). Вся забота о семье перешла тогда к матери Менделеева, Марии Дмитриевне, урожденной Корнильевой, женщине выдающегося ума и энергии. Она успевала одновременно и управлять небольшим стеклянный заводом, доставлявшим (вместе со скудной пенсией) более чем скромные средства к существованию, и заботиться о детях, которым дала прекрасное по тому времени образование. Очень много внимания она уделяла младшему сыну, в котором смогла разглядеть его необыкновенные способности. Однако в тобольской гимназии Менделеев учился неважно. Не все предметы ему были по душе. Охотно он занимался только математикой и физикой. Отвращение к классической школе осталось у него на всю жизнь.
Умерла Мария Дмитриевна Менделеева в 1850 Дмитрий Иванович Менделеев сохранил до конца своих дней благодарную о ней память. Вот что он писал много лет сп устя, посвящая памяти матери свое сочинение «Исследование водных растворов по удельному весу»:
«Это исследование посвящается памяти матери ее последышем. Она могла его возрастить только своим трудом, ведя заводское дело; воспитывала примером, исправляла любовью и, чтобы отдать науке, вывезла из Сибири, тратя последние средства и силы. Умирая, завещала: избегать латинского самообольщения, настаивать в труде, а не в словах, и терпеливо искать божескую или научную правду, ибо понимала, сколь часто диалектика обманывает, сколь многое еще должно узнать, и как при помощи науки, без насилия, любовно, но твердо устраняются предрассудки и ошибки, а достигаются: охрана добытой истины, свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считает священными Д. Менделеев ».
Благоприятную почву для развития своих способностей Менделеев нашел только в Главном педагогическом институте в Петербурге. Здесь он встретил выдающихся учителей, умевших заронить в души своих слушателей глубокий интерес к науке. В числе их были лучшие научные силы того времени, академики и профессора Петербургского университета. Самая обстановка института, при всей строгости режима закрытого учебного заведения, благодаря малому числу студентов, крайне заботливому к ним отношению и тесной связи их с профессорами давала широкую возможность для развития индивидуальных склонностей.
Студенческие исследования Менделеева относились к аналитической химии: изучение состава минералов ортита и пироксена. Впоследствии он фактически не занимался химическим анализом, но всегда рассматривал его как весьма важный инструмент для уточнения различных результатов исследований. Между тем именно анализы ортита и пироксена стали стимулом к выбору темы его дипломной работы (диссертации): «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу». Она начиналась такими словами: «Законы минералогии, как и других естественных наук, относятся к трем категориям, определяющим предметы видимого мира, — к форме, содержанию и свойствам. Законы форм подчиняются кристаллографии, законы свойств и содержания управляются законами физики и химии».
Понятие изоморфизма играло ущественную роль. Это явление уже несколько десятилетий изучалось западноевропейскими учеными. В России же Менделеев по существу был первым в данной области. Составленный им подробный обзор фактических данных и наблюдений и сформулированные на его основе выводы сделали бы честь любому ученому, специально занимавшемуся проблемами изоморфизма. Как вспоминал Менделеев впоследствии, «составление этой диссертации вовлекло меня в изучение более всего химических отношений. Этим она определила многое». Позже он назовет исследование изоморфизма одной из «предтеч», способствовавших открытию Периодического закона.
По окончании курса в институте Менделеев работал учителем сначала в Симферополе, затем в Одессе, где он пользовался советами Пирогова. В 1856 он возвратился в Санкт-Петербург, защитил диссертацию на степень магистра химии «Об удельных объемах». 23 лет от роду он стал доцентом Петербургского университета, читал теоретическую и органическую химию.
В 1859 Менделеев был отправлен в двухгодичную командировку за границу. Он поехал в Гейдельберг, куда привлекали его имена Бунзена, Кирхгофа и Коппа, и там работал в организованной им самим лаборатории, преимущественно исследуя явления капиллярности и поверхностного натяжения жидкостей, а часы досуга проводил в кругу молодых русских ученых: С П. Боткина, И. М. Сеченова, И. А. Вышнеградского, А. П. Бородина.
В Гейдельберге Дмитрий Иванович Менделеев сделал значительное экспериментальное открытие: установил существование «температуры абсолютного кипения», при достижении которой в определенных условиях жидкость мгновенно превращается в пар. Вскоре аналогичное наблюдение сделал ирландский химик Т. Эндрьюс. Менделеев работал в гейдельбергской лаборатории прежде всего как экспериментатор-физик.
В Гейдельберге Менделеев записал: «Главный предмет моих занятий есть физическая химия. Еще Ньютон был убежден, что причина химических реакций лежит в простом молекулярном притяжении, обусловливающем сцепление и подобном явлениям механики. Блеск чисто химических открытий сделал современную химию совершенно специальною наукою, оторвав ее от физики и механики, но, несомненно, должно настать время, когда химическое сродство будет рассматриваться как механическое явление... Я выбрал своею специальностью те вопросы, решение которых может приблизить это время».
В 1861 Менделеев вернулся в Санкт-Петербург, возобновил чтение лекций по органической химии в университете и публиковал работы, целиком посвященные органической химии. В работе «Опыт теории пределов органических соединений» он развивил оригинальные представления о предельных формах в отдельных гомологических рядах. Таким образом Менделеев оказывается одним из первых теоретиков в области органической химии в России. Менделеев выпустил учебник «Органическая химия» — первый отечественный учебник и был удостоен высшей научной награды России: Демидовской премии. А. М. Бутлеров писал: «Это единственный и превосходный оригинальный русский труд по органической химии, лишь потому неизвестный в Западной Европе, что ему еще не нашелся переводчик».
В 1865 Дмитрий Иванович Менделеев защитил диссертацию «О соединениях спирта с водой» на степень доктора химии, а в 1867 получил в университете кафедру неорганической (общей) химии, которую и занимал в течение 23 лет. Приступив к подготовке лекций, он обнаружил, что ни в России, ни за рубежом нет курса общей химии, достойного быть рекомендованным студентам. И тогда он решил написать его сам. Эта фундаментальная работа, получившая название «Основы химии», выходила в течение нескольких лет отдельными выпусками. Первый выпуск, содержащий введение, рассмотрение общих вопросов химии, описание свойств водорода, кислорода и азота, был закончен сравнительно быстро — он появился уже летом 1868. Но, работая над вторым выпуском, Менделеев столкнулся с большими затруднениями, связанными с систематизацией и последовательностью изложения материала, описывающего химические элементы. Сначала Дмитрий Иванович хотел сгруппировать все описываемые им элементы по валентностям, но потом выбрал другой метод и объединил их в отдельные группы, исходя из сходства свойств и атомного веса. Эта работа подвела его к открытию Периодической системы.
Менделееву удалось найти связь групп между собой , расположив все элементы в порядке возрастания их атомной массы. Установление периодической закономерности потребовало от него огромного напряжения мысли. Написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, Менделеев стал раскладывать их в разнообразных комбинациях, переставляя и меняя местами. Дело осложнялось тем, что многие элементы в то время еще не были открыты, а атомные веса уже известных определены с большими неточностями. Тем не менее искомая закономерность вскоре была обнаружена. Менделеев рассказывал об открытии Периодического закона: «Заподозрив о существовании взаимосвязи между элементами еще в студенческие годы, я не уставал обдумывать эту проблему со всех сторон, собирал материалы, сравнивал и сопоставлял цифры. Наконец настало время, когда проблема созрела, когда решение, казалось, вот-вот готово было сложиться в голове. Как это всегда бывало в моей жизни, предчувствие близкого разрешения мучившего меня вопроса привело меня в возбужденное состояние. В течение нескольких недель я спал урывками, пытаясь найти тот магический принцип, который сразу привел бы в порядок всю груду накопленного за 15 лет материала. И вот в одно прекрасное утро, проведя бессонную ночь и отчаявшись найти решение, я, не раздеваясь, прилег на диван в кабинете и заснул. И во сне мне совершенно явственно представилась таблица. Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги». Таким образом, легенду, будто бы Периодическая таблица приснилась ему во сне, Менделеев придумал сам, для настырных поклонников науки, не понимающих, что такое озарение.
Менделеев за основу своей системы взял химические свойства элементов, решив расположить химически похожие элементы друг под другом, при этом соблюдая принцип возрастания атомных весов. Ничего не вышло! Тогда ученый просто взял и произвольно изменил атомные веса нескольких элементов (например, он присвоил урану атомный вес 240 вместо принятого 60, т. е. увеличил в четыре раза!), переставил местами кобальт и никель, теллур и йод, поставил три пустые карточки, предсказав существование трех неизвестных элементов. Опубликовав в 1869 первый вариант своей таблицы, он открыл закон, что «свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Это было самое главное в открытии Менделеева, позволявшее связать воедино все казавшиеся до этого разрозненными группы элементов. Неожиданные сбои в этом периодическом ряду Менделеев совершенно правильно объяснил тем, что науке известны еще не все химические элементы. В своей таблице он оставил незаполненные клеточки, однако предсказал атомный вес и химические свойства предполагаемых элементов. Он также поправил ряд неточно определенных атомных масс элементов, и дальнейшие исследования полностью подтвердили его правоту.
Первый, еще несовершенный набросок таблицы в следующие годы подвергся переконструированию. Уже в 1869 Менделеев поместил галогены и щелочные металлы не в центре таблицы, как раньше, а по ее краям (как это делается теперь). В следующие годы Менделеев исправил атомные веса одиннадцати элементов и изменил местоположение двадцати. В итоге в 1871 появилась статья «Периодическая законность для химических элементов», в которой периодическая таблица приняла вполне современный вид. Статья была переведена на немецкий язык и оттиски ее были разосланы многим известным европейским химикам. Но, увы, никто не оценил важности сделанного открытия. Отношение к Периодическому закону изменилось только в 1875 г., когда Ф. Лекокде Буабодран открыл новый элемент — галлий, свойства которого поразительно совпадали с предсказаниями Менделеева (он назвал этот неизвестный еще элемент экаалюминием). Новым триумфом Менделеева стало открытие в 1879 скандия, а в 1886 германия, свойства которых также полностью соответствовали описаниям Менделеева.
До конца жизни он продолжал развивать и совершенствовать учение о периодичности. Открытия в 1890-х явления радиоактивности и благородных газов поставили периодическую систему перед серьезными трудностями. Проблема размещения в таблице гелия, аргона и их аналогов успешно разрешилась лишь в 1900: они были помещены в самостоятельную нулевую группу. Дальнейшие открытия помогли связать со структурой системы обилие радиоэлементов.
Периодическая таблица Менделеева онлайн - все химические элементы перед глазами
Менделеев считал главным изъяном Периодического закона и периодической системы отсутствие их строгого физического объяснения. Оно было невозможно, пока не была разработана модель атома. Однако он твердо верил, что «по видимости, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает» и XX столетие дало множество подтверждений уверенности Менделеева.
Идеи Периодического закона, сформировавшиеся во время работы над учебником, определили структуру «Основ химии» (последний выпуск курса с приложенной к нему Периодической таблицей вышел в 1871) и придали этому труду поразительную стройность и фундаментальность. Весь накопленный к этому времени огромный фактический материал по самым разным отраслям химии был впервые изложен в виде стройной научной системы.
В конце 1871 Менделеев обращается к совершенно новой тематике — исследованию газов. Эксперименты с газами были чисто физическими исследованиями. Менделеева по праву можно считать одним из крупнейших среди немногочисленных физиков-экспериментаторов России второй половины XIX века. Менделеев исследовал сжимаемость газов и термический коэффициент их расширения в широком интервале давлений. Как и в Гейдельберге, он занимался конструированием и изготовлением различных физических приборов.
Физическая «составляющая» творчества Менделеева отчетливо проявляется в 1870-1880-х. Из почти двухсот опубликованных им в этот период работ по крайней мере две трети были посвящены исследованиям упругости газов, различным вопросам метеорологии, в частности измерению температуры верхних слоев атмосферы, уточнению закономерностей зависимости атмосферного давления от высоты, для чего он разрабатывал конструкции летательных аппаратов, позволяющих проводить наблюдения температуры, давления и влажности на больших высотах.
Научные работы Менделеева составляют лишь небольшую часть его творческого наследия. По справедливому замечанию одного из биографов, «наука и промышленность, сельское хозяйство, народное образование, общественные и государственные вопросы, мир искусства — все привлекало его внимание, и везде он выказывал свою могучую индивидуальность».
В 1890 Менделеев покинул Петербургский университет в знак протеста против ущемления университетской автономии и посвятил все свои силы практическим задачам. Еще в 1860-е годы Дмитрий Иванович начал заниматься проблемами конкретных производств и целых отраслей, изучал условия экономического развития отдельных регионов. По мере накопления материала он переходит к разработке собственной программы социально-экономического развития страны, которую излагает в многочисленных публикациях. Правительство привлекает его к разработке практических экономических вопросов, в первую очередь по таможенным тарифам.
Морское и военное министерства поручают Менделееву (1891) разработку вопроса о бездымном порохе, и он (после заграничной командировки) в 1892 блестящим образом выполняет эту задачу. Предложенный им «пироколлодий» оказался превосходным типом бездымного пороха, притом универсальным и легко приспособляемым ко всякому огнестрельному оружию. (Впоследствии Россия закупала у американцев, приобретших патент, «менделеевский» порох).
В 1893 Менделеев был назначен управляющим только что преобразованной по его же указаниям Главной палаты мер и весов, и на этом посту оставался до конца своей жизни. Там Менделеев организует ряд работ по метрологии. В 1899 он совершает поездку на уральские заводы. В результате появилась обширная и в высшей степени содержательная монография о состоянии уральской промышленности.
Общий объем работ Менделеева на экономические темы составляет сотни печатных листов, а сам ученый считал свой труд одним из трех главных направлений служения Родине, наряду с работами в области естествознания и преподавательской деятельностью. Менделеев выступал за промышленный путь развития России: «Я не был и не буду ни фабрикантом, ни заводчиком, ни торговцем, но я знаю, что без них, без придания им важного и существенного значения нельзя думать о прочном развитии благосостояния России».
Его работы и выступления отличались ярким и образным языком, эмоциональной и заинтересованной манерой подачи материала, т. е. тем, что было характерно для неповторимого «менделеевского стиля», «природную диковатость сибиряка», не поддававшуюся никогда никакому лоску», производивших неизгладимое впечатление на современников
В 1888 Менделеев разработал проект по расчистке Дона и Северского Донца, обсуждавшийся с представителями городских властей. В 1890-е ученый принял участие в издании энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, где публикует ряд статей на темы сохранения природы и ресурсов. В статье «Вода сточная» он подробно рассматривает естественную очистку сточных вод, на ряде примеров показывает, как можно очистить сточные воды промышленных предприятий. В статье «Отбросы или остатки (технические)» Менделеев приводит много примеров полезной переработки отходов, особенно промышленных. «Утилизация отбросов, — пишет он, — говоря вообще, есть превращение бесполезного в ценные по свойствам товары, и это составляет одно из важнейших завоеваний современной техники».
Широту работ Менделеева, посвященных сохранению природных ресурсов, характеризуют его исследования в области лесного хозяйства при поездке на Урал в 1899 Менделеев тщательно изучил прирост различных сортов деревьев (сосны, ели, пихты, березы, лиственницы) на громадной площади Уральского края и Тобольской губернии. Ученый настаивал на том, «чтобы годовое потребление было равно годовому приросту, ибо тогда потомкам останется столько же, сколько получено нами».
Появление могучей фигуры ученого-энциклопедиста и мыслителя было ответом на потребности развивающейся России. Творческий гений Менделеева был востребован временем. Размышляя над результатами своей многолетней научной деятельности и принимая вызовы времени, Менделеев все больше обращался к социально-экономической проблематике, исследовал закономерности исторического процесса, выяснял сущность и особенности современной ему эпохи. Примечательно, что такая направленность движения мысли является одной из характерных интеллектуальных традиций отечественной науки.
Дмитрий Иванович Менделеев родился в феврале 1834 г. в городе Тобольске, в семье директора местной гимназии. Его отец в год рождения Дмитрия ослеп на оба глаза и должен был в связи с этим оставить службу и перейти на скудную пенсию. Воспитание детей и все заботы о многочисленной семье целиком легли на плечи матери - Марии Дмитриевны, энергичной и умной женщины, которая для улучшения материального положения семьи взяла на себя управление стекольной фабрикой своего брата в 25 км от Тобольска. В 1848 г. стекольный завод сгорел, и Менделеевы переехали в Москву к брату матери. В 1850 г. после долгих хлопот Дмитрий Иванович поступил на физико-математический факультет Петербургского педагогического института. В 1855 г. он окончил его с золотой медалью и был направлен учителем гимназии сначала в Симферополь, а потом в Одессу. Однако в этой должности Менделеев пробыл совсем не долго.
Уже в 1856 г. он отправился в Петербург и защитил магистерскую диссертацию на тему «Об удельных объемах», после чего в начале 1857 г. был принят приват-доцентом по кафедре химии в Петербургский университет. 1859 - 1861 гг. он провел в научной командировке в Германии, в Гейдельбергском университете, где ему посчастливилось работать под руководством выдающихся ученых Бунзена и Кирхгофа. В 1860 г. Менделеев участвовал в работе первого международного химического конгресса в Карлсруэ. Здесь его горячо заинтересовал доклад итальянского химика Канниццаро. «Решающим моментом в развитии моей мысли о периодическом законе, - рассказывал он много дет спустя, - я считаю 1860 г., съезд химиков в Карлсруэ… и высказанные на этом съезде итальянским химиком Канниццаро идеи. Его я считаю настоящим моим предшественником, так как установленные им атомные веса дали необходимую точку опоры… Идея возможной периодичности свойств элементов при возрастании атомного веса, в сущности, уже тогда мне представилась внутренне…»
По возвращении в Петербург Менделеев начал кипучую научную деятельность. В 1861 г. он за несколько месяцев написал первый в России учебник по органической химии. Книга оказалась настолько удачной, что первое ее издание разошлось в несколько месяцев и в следующем году пришлось делать второе. Весной 1862 г. учебник был удостоен полной Демидовской премии. На эти деньги Менделеев совершил летом заграничное путешествие со своей молодой женой Феозвой Никитичной Лещевой. (Брак этот оказался не слишком удачным - в 1881 г. Менделеев развелся с первой женой, а в апреле 1882 г. женился на молодой художнице Анне Ивановне Поповой.) В 1863 г. он получил место профессора в Петербургском технологическом институте, а в 1866 г. - в Петербургском университете, где читал лекции по органической, неорганической и технической химии. В 1865 г. Менделеев защитил докторскую диссертацию на тему «О соединении спирта с водой».
В 1866 г. Менделеев приобрел под Клином имение Боблово, с которым была связана потом вся его дальнейшая жизнь. Здесь были написаны многие его сочинения. В свободное время он с огромным увлечением занимался хозяйством на заведенном им опытном поле, где проводил пробы различных удобрений. Старый деревянный дом в течение нескольких лет был разобран, а взамен отстроен новый - каменный. Появились образцовый скотный двор, молочня, конюшня. В имение привезли заказанную Менделеевым молотильную машину.
В 1867 г. Менделеев перешел в Петербургский университет на должность профессора химии и должен был читать лекции по неорганической химии.
Приступив к подготовке лекций, он обнаружил, что ни в России, ни за рубежом нет курса общей химии, достойного быть рекомендованным студентам. И тогда он решил написать его сам. Эта фундаментальная работа, получившая название «Основы химии», выходила в течение нескольких лет отдельными выпусками. Первый выпуск, содержащий введение, рассмотрение общих вопросов химии, описание свойств водорода, кислорода и азота, был закончен сравнительно быстро - он появился уже летом 1868 г. Но работая над вторым выпуском, Менделеев столкнулся с большими затруднениями, связанными с систематизацией и последовательностью изложения материала. Сначала он хотел сгруппировать все описываемые им элементы по валентностям, но потом выбрал другой метод и объединил их в отдельные группы, исходя из сходства свойств и атомного веса. Размышление над этим вопросом вплотную подвело Менделеева к главному открытию его жизни.
То, что некоторые химические элементы проявляют черты явного сходства, ни для одного химика тех лет не было секретом. Сходство между литием, натрием и калием, между хлором, бромом и йодом или между кальцием, стронцием и барием бросалось в глаза любому. В 1857 г. шведский химик Ленсен объединил по химическому сходству несколько «триад»: рутений - родий - палладий; осмий - платина ~- иридий; марганец - железо - кобальт. Были сделаны даже попытки составить таблицы элементов. В библиотеке Менделеева хранилась книга немецкого химика Гмелина, который опубликовал такую таблицу в 1843 г. В 1857 г. английский химик Одлинг предложил свой вариант.
Однако ни одна из предложенных систем не охватывала всю совокупность известных химических элементов. Хотя существование отдельных групп и отдельных семейств можно было считать установленным фактом, связь этих групп между собой оставалась совершенно непонятной.
Менделееву удалось найти ее, расположив все элементы в порядке возрастания их атомной массы. Установление периодической закономерности потребовало от него огромного напряжения мысли. Написав на отдельных карточках названия элементов с обозначением их атомного веса и коренных свойств, Менделеев стал раскладывать их в разнообразных комбинациях, переставляя и меняя местами. Дело сильно осложнялось тем, что многие элементы в то время еще не были открыты, а атомные веса уже известных определены с большими неточностями. Тем не менее искомая закономерность’ вскоре была обнаружена. Сам Менделеев таким образом рассказывал об открытии им периодического закона: «Заподозрив о существовании взаимосвязи между элементами еще в студенческие годы, я не уставал обдумывать эту проблему со всех сторон, собирал материалы, сравнивал и сопоставлял цифры. Наконец настало время, когда проблема созрела, когда решение, казалось, вот-вот готово было сложиться в голове Как это всегда бывало в моей жизни, предчувствие близкого разрешения мучившего меня вопроса привело меня в возбужденное состояние. В течение нескольких недель я спал урывками, пытаясь найти тот магический принцип, который сразу привел бы в порядок всю груду накопленного за 15 лет материала И вот в одно прекрасное утро, проведя бессонную ночь и отчаявшись найти решение, я, не раздеваясь, прилег на диван в кабинете и заснул. И во сне мне совершенно явственно представилась таблица Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги».
В феврале 1869 г. Менделеев разослал русским и зарубежным химикам отпечатанный на отдельном листке «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». 6 марта на заседании Русского химического общества было зачитано сообщение о предложенной Менделеевым классификации элементов. Этот первый вариант периодической таблицы довольно сильно отличался от привычной нам со школы таблицы Менделеева.
Группы располагались не вертикально, а горизонтально Костяк таблицы составляли расположенные рядом группы щелочных металлов и галогенов. Над галогенами находилась группа кислорода (сера, селен, теллур), над ней - группа азота (фосфор, мышьяк, сурьма, висмут). Еще выше - группа углерода (кремний и олово, между которыми Менделеев оставил пустую клеточку для неизвестного элемента с ориентировочной массой 70 а.е., впоследствии ее занял германий с массой 72 а.е.) Над группой углерода помещались группы бора и бериллия. Под щелочными металлами находилась группа щелочноземельных металлов и т. д. Несколько элементов, как потом оказалось, были в этом первом варианте помещены не на свои места. Так ртуть попала в группу меди, уран и золото - в группу алюминия, таллий - в группу щелочных металлов, марганец - в одну группу с родием и платиной, а кобальт и никель вообще оказались в одной клетке. Но все эти неточности отнюдь не должны умалять важности самого вывода: сопоставляя свойства элементов, попавших в вертикальные столбцы, можно было ясно видеть, что они изменяются периодически по мере нарастания атомного веса. Это было самое главное в открытии Менделеева, позволявшее связать воедино все казавшиеся до этого разрозненные группы элементов. Неожиданные сбои в этом периодическом ряду Менделеев совершенно правильно объяснил тем, что науке известны еще не все химические элементы. В своей таблице он оставил четыре незаполненные клеточки, однако предсказал атомный вес и химические свойства этих элементов. Он также поправил несколько неточно определенных атомных масс элементов, и дальнейшие исследования полностью подтвердили его правоту.
Первый, еще несовершенный набросок таблицы в следующие годы подвергся переконструированию. Уже в 1869 г. Менделеев поместил галогены и щелочные металлы не в центре таблицы, а по ее краям (как это делается теперь). Все остальные элементы оказались внутри конструкции и служили естественным переходом от одной крайности к другой. Наряду с главными группами Менделеев стал выделять подгруппы (так, второй ряд образовали две подгруппы: бериллий - магний - кальций - стронций - барий и цинк - кадмий - ртуть). В следующие годы Менделеев исправил атомные веса 11 элементов и изменил местоположение 20. В итоге в 1871 г. появилась статья «Периодическая законность для химических элементов», в которой периодическая таблица приняла вполне современный вид. Статья была переведена на немецкий язык и оттиски ее были разосланы многим известным европейским химикам. Но, увы, Менделеев не дождался от них не только компетентного суждения, но даже простого ответа. Никто из них не оценил важности сделанного им открытия. Отношение к периодическому закону изменилось только в 1875 г., когда Лекок де Буабодран открыл новый элемент - галлий, свойства которого поразительно совпадали с предсказаниями Менделеева (он называл этот неизвестный еще элемент эквалюминием).
Новым триумфом Менделеева стало открытие в 1879 г. скандия, а в 1886 г. германия, свойства которых также полностью соответствовали описаниям Менделеева.
Идеи периодического закона определили структуру «Основ химии» (последний выпуск курса с приложенной к нему периодической таблицей вышел в 1871 г.) и придали этому труду поразительную стройность и фундаментальность. По силе воздействия на научную мысль менделеевские «Основы химии» смело можно сравнить с такими выдающимися сочинениями научной мысли как «Начала натуральной философии» Ньютона, «Беседы о двух системах мира» Галилея, «Происхождение видов» Дарвина. Весь накопленный к этому времени огромный фактический материал по самым разным отраслям химии был здесь впервые изложен в виде стройной научной системы. Сам Менделеев говорил о созданном им учебнике-монографии: «Эти «Основы» - любимое мое детище. В них - мой образ, мой опыт педагога и мои задушевные научные мысли». Огромный интерес, который современники и потомки проявили к этой книге, вполне согласуется с мнением самого автора. Только при жизни Менделеева «Основы химии» выдержали восемь изданий и были переведены на основные европейские языки.
В последующие годы из-под пера Менделеева вышло еще несколько основополагающих трудов по разным разделам химии. (Его полное научное и литературное наследие огромно и содержит 431 печатную работу.) В середине 80-х гг. он несколько лет занимался растворами, результатом чего стало вышедшее в 1887 г. «Исследование водных растворов по удельному весу», которое Менделеев считал одной из своих лучших работ В своей теории растворов он исходил из того, что растворитель есть не безразличная среда, в которой разрежается растворяющееся тело, но активно действующий, изменяющийся в процессе растворения реагент, и что растворение есть процесс не механический, но химический. Сторонники механической теории образования растворов, напротив, считали, что никаких химических соединений при растворении не возникает, а молекулы воды, соединяясь в строго определенных пропорциях с молекулами вещества, образуют сначала концентрированный раствор, механическая смесь которого с водой дает уже раствор разбавленный.
Менделееву этот процесс представлялся иначе - соединяясь с молекулами вещества, молекулы воды образуют множество гидратов, часть которых, однако, настолько непрочна, что тут же распадается - диссоциирует. Продукты этого распада вновь соединяются с веществом, с растворителем и другими гидратами, часть вновь образовавшихся соединений снова диссоциирует, и процесс идет до тех пор, пока в растворе не установится подвижное - динамическое - равновесие.
Сам Менделеев был уверен в правильности своей концепции, но, вопреки ожиданиям, его труд не вызвал большого резонанса среди химиков, поскольку в том же 1887 г. появились еще две теории растворов - осмогическая ВантГоффа и электролитическая Аррениуса, - прекрасно объяснявшие многие наблюдаемые явления. На несколько десятилетий они безраздельно утвердились в химии, отодвинув в тень теорию Менделеева. Но в последующие годы оказалось, что и теория Вант-Гоффа, и теория Аррениуса имеют ограниченную сферу применения. Так, уравнения Вант-Гоффа давали прекрасный результат только для органических веществ. Теория Аррениуса (согласно которой в жидкости происходит разложение - диссоциация - молекул электролитов (солей, кислот и щелочей) на положительно и отрицательно заряженные ионы) оказалась справедливой лишь для слабых растворов электролитов, но не объясняла главного - каким образом и за счет каких сил происходит расщепление прочнейших молекул при их попадании в воду. Уже после смерти Менделеева сам Аррениус писал, что гидратная теория заслуживает подробного изучения, ибо именно она может дать ключ к пониманию этого, самого трудного вопроса электролитической диссоциации. Таким образом, гидратная теория Менделеева наравне с сольватной теорией Вант-Гоффа и электролитической Аррениуса стала важной частью современной теории растворов.
Труды Менделеева получили широкое международное признание. Он был избран членом Американской, Ирландской, Югославской, Римской, Бельгийской, Датской, Чешской, Краковской и многих других академий наук, почетным членом многих иностранных научных обществ. Только Российская Академия наук на выборах 1880 г. забаллотировала его из-за каких-то внутренних интриг.
Уйдя в 1890 г. в отставку, Менделеев принимал активное участие в издании Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, потом в течение нескольких лет был консультантом в пороховой лаборатории при Морском министерстве. До этого он никогда специально не занимался взрывчатыми веществами, однако проведя необходимые исследования, всего за три года разработал очень эффективный состав бездымного пороха, который и был запущен в производство. В 1893 г. Менделеев был назначен хранителем (управляющим) Главной палаты мер и весов. Умер он в феврале 1907 г. от воспаления легких.
Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева и её значение для естествознания
Введение
Открытие Д.И.Менделеевым закономерностей в строении материи оказалась очень важной вехой в развитии мировой науки и мысли. Гипотеза о том, что все вещества во Вселенной состоят лишь из нескольких десятков химических элементов в 19 веке казалась совершенно невероятной, но она была доказана «Периодической системой элементов» Менделеева.
Открытие периодического закона и разработка периодической системы химических элементов Д. И. Менделеевым явились вершиной развития химии в XIX веке. Обширная сумма знаний о свойствах 63 элементов, известных к тому времени, была приведена в стройный порядок.
Периодическая система элементов
Д. И. Менделеев считал, что основной характеристикой элементов являются их атомные веса, и в 1869 г. впервые сформулировал периодический закон.
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов.
Весь ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, Менделеев разбил на периоды, внутри которых свойства элементов изменяются последовательно, разместив периоды так, чтобы выделить сходные элементы.
Однако, несмотря на огромную значимость такого вывода, периодический закон и система Менделеева представляли лишь гениальное обобщение фактов, а их физический смысл долгое время оставался непонятным. Лишь в результате развития физики XX века - открытия электрона, радиоактивности, разработки теории строения атома - молодой, талантливый английский физик Г. Мозле установил, что величина зарядов ядер атомов последовательно возрастает от элемента к элементу на единицу. Этим открытием Мозле подтвердил гениальную догадку Менделеева, который втрех местах периодической таблицы отошел от возрастающей последовательности атомных весов.
Так, при ее составлении Менделеев поставил 27 Со перед 28 Ni, 52 Ti перед 5 J, 18 Аг перед 19 К, несмотря на то, что это противоречило формулировке периодического закона, то есть расположению элементов в порядке увеличения их атомных весов.
Согласно закону Мозле заряды ядер данных элементов соответствовали положению их в таблице.
В связи с открытием закона Мозле современная формулировка периодического закона следующая:
свойство элементов, а так же формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от заряда ядра их атомов.
Итак, главной характеристикой атома является не атомная масса, а величина положительного заряда ядра. Это более общая точная характеристика атома, а значит, и элемента. От величины положительного заряда ядра атома зависят все свойства Элемента и его положение в периодической системе. Таким образом, порядковый номер химического элемента численно совпадает с зарядом ядра его атома. Периодическая система элементов является графическим изображением периодического закона и отражает строение атомов элементов.
Теория строения атома объясняет периодическое изменение свойств элементов. Возрастание положительного заряда атомных ядер от 1-до 110 приводит к периодическому повторению у атомов элементов строения внешнего энергетического уровня. А поскольку от числа электронов на внешнем уровне в основном зависят свойства элементов; то и они периодически повторяются. В этом физический смысл периодического закона.
В качестве примера рассмотрим изменение свойств у первых и последних элементов периодов. Каждый период в периодической системе начинается элементами атомы, которых на внешнем уровне имеют один s-электрон (незавершенные внешние уровни) и потому проявляют сходные свойства - легко отдают валентные электроны, что обуславливает их металлический характер. Это щелочные металлы - Li, Na, К, Rb, Cs.
Заканчивается период элементами, атомы которых на внешнем уровне содержат 2 (s 2) электрона (в первом периоде) или 8 (s 1 p 6) электронов (во всех последующих), то есть имеют завершенный внешний уровень. Это благородные газы Не, Ne, Ar, Kr, Xe, имеющие инертные свойства.
Именно вследствие сходства строения внешнего энергетического уровня похожи их физические и химические свойства.
В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом. В каждом периоде с возрастанием порядкового номера элементов металлические свойства постепенно ослабева-ют и возрастают неметаллические, заканчивается период инертным газом.
В свете учения о строении атома становится понятным разделение всех элементов на семь периодов, сделанное Д. И. Менделеевым. Номер периода соответствует числу энергетических уровней атома, то есть положение элементов в периодической системе обусловлено строением их атомов. В зависимости от того, какой подуровень заполняется электронами, все элементы делят на четыре типа.
1. s-элементы. Заполняется s-подуровень внешнего уровня (s 1 - s 2). Сюда относятся первые два элемента каждого периода.
2. р-элементы. Заполняется р-подуровень внешнего уровня (р 1 -- p 6)- Сюда относятся последние шесть элементов каждого периода, начиная со второго.
3. d-элементы. Заполняется d-подуровень последнего уровня (d1 - d 10), а на последнем (внешнем) уровне остается 1 или 2 электрона. К ним относятся элементы вставных декад (10) больших периодов, начиная с 4-го, расположенные между s- и p-элементами (их также называют переходными элементами).
4. f-элементы. Заполняется f-подуровень глубинного (треть его снаружи) уровня (f 1 -f 14), а строение внешнего электронного уровня остается неизменным. Это лантаноиды и актиноиды, находящиеся в шестом и седьмом периодах.
Таким образом, число элементов в периодах (2-8-18-32) соответствует максимально возможному числу электронов на соответствующих энергетических уровнях: на первом - два, на втором - восемь, на третьем - восемнадцать, а на четвертом - тридцать два электрона. Деление групп на подгруппы (главную и побочную) основано на различии в заполнении электронами энергетических уровней. Главную подгруппу составляют s - и p-элементы, а побочную подгруппу - d-элементы. В каждой группе объединены элементы, атомы которых имеют сходное строение внешнего энергетического уровня. При этом атомы элементов главных подгрупп содержат на внешних (последних) уровнях число электронов, равное номеру группы. Это так называемые - валентные электроны.
У элементов побочных подгрупп валентными являются электроны не только внешних, но и предпоследних (вто-рых снаружи) уровней, в чем и состоит основное различие в свойствах элементов главных и побочных подгрупп.
Отсюда следует, что номер группы, как правило, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей. В этом заключается физический смысл номера группы.
С позиций теории строения атома легко объясняется возрастание металлических свойств элементов в каждой группе с ростом заряда ядра атома. Сравнивая, например, распределение электронов по уровням в атомах 9 F (1s 2 2s 2 2р 5) и 53J (1s 2 2s 2 2р 6 3s 2 Зр 6 3d 10 4s 2 4р 6 4 d 10 5s 2 5p 5) можно отметить, что у них по 7 электронов на внешнем уровне, что указывает на сходство свойств. Однако внешние электроны в атоме йода находятся дальше от ядра и поэтому слабее удерживаются. По этой причине атомы йода могут отдавать электроны или, иными словами, проявлять металлические свойства, что нехарактерно для фтора.
Итак, строение атомов обуславливает две закономерности:
а) изменение свойств элементов по горизонтали - в периоде слева направо ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства;
б) изменение свойств элементов по вертикали - в группе с ростом порядкового номера усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические.
Таким образом: по мере возрастания заряда ядра атомов химических элементов периодически изменяется строение их электронных оболочек, что является причиной периодического изменения их свойств.
Структура периодической Системы Д. И. Менделеева.
Периодическая система Д. И. Менделеева подразделяется на семь периодов – горизонтальных последовательностей элементов, расположенных по возрастанию порядкового номера, и восемь групп – последовательностей элементов обладающих однотипной электронной конфигурацией атомов и сходными химическими свойствами.
Первые три периода называются малыми, остальные – большими. Первый период включает два элемента, второй и третий периоды – по восемь, четвёртый и пятый – по восемнадцать, шестой – тридцать два, седьмой (незавершённый) – двадцать один элемент.
Каждый период (исключая первый) начинается щелочным металлом и заканчивается благородным газом.
Элементы 2 и 3 периодов называются типическими.
Малые периоды состоят из одного ряда, большие – из двух рядов: чётного (верхнего) и нечётного (нижнего). В чётных рядах больших периодов расположены металлы, и свойства элементов слева направо изменяются слабо. В нечётных рядах больших периодов свойства элементов изменяются слева направо, как у элементов 2 и 3 периодов.
В периодической системе для каждого элемента указывается его символ и порядковый номер, название элемента и его относительная атомная масса. Координатами положения элемента в системе является номер периода и номер группы.
Элементы с порядковыми номерами 58-71, именуемыми лантаноидами, и элементы с номерами 90-103 - актиноиды – помещаются отдельно внизу таблицы.
Группы элементов, обозначаемые римскими цифрами, делятся на главные и побочные подгруппы. Главные подгруппы содержат 5 элементов (или более). В побочные подгруппы входят элементы периодов, начиная с четвёртого.
Химические свойства элементов обуславливаются строением их атома, а точнее строением электронной оболочки атомов. Сопоставление строения электронных оболочек с положением элементов в периодической системе позволяет установить ряд важных закономерностей:
1. Номер периода равен общему числу энергетических уровней, заполняемых электронами, у атомов данного элемента.
2. В малых периодах и нечётных рядах больших периодов с ростом положительного заряда ядер возрастает число электронов на внешнем энергетическом уровне. С этим связано ослабление металлических и усиление неметаллических свойств элементов слева направо.
Номер группы, указывает число электронов, которые могут участвовать в образовании химических связей (валентных электронов).
В подгруппах с ростом положительного заряда ядер атомов элементов усиливаются их металлические и ослабляются неметаллические свойства.
История создания Периодической системы
Дмитрий Иванович Менделеев в октябре 1897 году писал в статье «Периодическая законность химических элементов»:
- После открытий Лавуазье понятие о химических элементах и простых телах так укрепилось, что их изучение положено в основу всех химических представлений, а вследствие того взошло и во все естествознание. Пришлось признать, что все вещества, доступные исследованию, содержат очень ограниченное число материально разнородных элементов, друг в друга не превращающихся и обладающих самостоятельною весомою сущностью и что все разнообразие веществ природы определяется лишь сочетанием этих немногих элементов и различием или их самих, или их относительного количества, или при одинаковости качества и количества элементов - различием их взаимного положения, соотношения или распределения. «Простыми» телами должно при этом назвать вещества, содержания лишь один какой-либо элемент, «сложными» - два или более. Но для данного элемента могут существовать многие видоизменения простых тел, ему отвечающих, зависящие от распределения («строения») его частей или атомов, т.е. от того вида изомерии, который называется «аллотропией». Так углерод, как элемент, является в состоянии угля, графита и алмаза, которые (взятые в чистом виде) дают при сжигании один и тот же углекислый газ и в том же количестве. Для самих же «элементов» ничего подобного не известно. Они видоизменениям и взаимным превращениям не подвергаются и представляют, по современным воззрениям, неизменную сущность изменяющегося (химически, физически и механически) вещества, входящую как в простые, так и в сложные тела.
Весьма, в древности и до ныне, распространенное представление о «единой или первичной» материи, из которой слагается все разнообразие веществ, опытом не подтверждено, и все попытки, к сему направленные, оказались его опровергающими. Алхимики верили в превращение металлов друг в друга, доказывали это разными способами, но при поверке все оказалось или обманом (особенно в отношении к производству золота из других металлов), или ошибкой и неполнотой опытного исследования. Однако, нельзя не заметить, что если бы завтра оказалось, что металл А превращается целиком или отчасти в другой металл В, то из этого вовсе не будет еще следовать, что простые тела способны друг в друга превращаться вообще, как, например, из того, что долгое время закись урана считали за простое тело, а она оказалась содержащей кислород и действительный металлический уран - вовсе не следует делать никакого общего заключения, а можно только в частности судить о бывшей и современной степенях знакомства с ураном, как самостоятельным элементом. С этой точки зрения должно взглянуть и на оповещенное Емменсом (Stephen - Н. Emmeus) превращение мексиканского серебра отчасти в золото (май-июнь 1897 г.), если справедливость наблюдений оправдается и Argentaurum не окажется подобным алхимистическим оповещением подобного же рода, не раз бывшим и также прикрывавшемся покровом секрета и денежного интереса. Что холод и давление могут содействовать перемене строения и свойств - давно известно, хотя бы по примеру олова Фрицше, но нет фактов, позволяющих предполагать, что изменения эти идут столь глубоко и доходят не до строения частиц, а до того, что ныне считается атомами и элементами, а потому утверждаемое Емменсом превращение (хотя бы и постепенно) серебра в золото будет оставаться сомнительным и мaлозначущим даже в отношении к серебру и золоту, пока, во-первых, «секрет» не будет на столько раскрыт, что опыт может быть всеми воспроизведен, и во-вторых, пока обратный переход (при накаливании и уменьшении давления?) золота в серебро не будет установлен, или пока не будет установлена фактическая его невозможность или трудность. Легко понять, что переход спирта углекислоты в сахар труден, хотя обратный идет легко, потому что сахар бесспорно сложнее спирта и углекислоты. И мне кажется очень мало вероятным переход серебра в золото, если обратно - золото не будет переходить в серебро, потому что атомный вес и плотность золота чуть не в два раза более, чем серебра, из чего должно, по всему известному в химии, заключить, что если серебро и золото произошли из одного материала, то золото сложнее серебра и должно превращаться в серебро легче, чем обратно. Поэтому я думаю, что г. Емменсу для убедительности не только следовало бы раскрыть «секрет», но и попробовать, да и показать, если можно, превращение золота в серебро, тем более, что при получении из дорогого металла другого, в 30 раз более дешевого, денежные интересы будут, очевидно, на далеком плане, а интересы правды и истины окажутся явно на первом, теперь же дело представляется, на мой взгляд, с обратной стороны.
При таком представлении о химических элементах - они оказываются чем-то отвлеченным, так как в отдельности мы их не видим и не знаем. К такому почти идеалистическому представлению столь реалистическое знание, как химия, пришло по совокупности всего доныне наблюденного, и если это представление можно отстаивать, то лишь как предмет глубоко укоренившегося убеждения, доныне оказавшегося совершенно согласным с опытом и наблюдением. В этом смысле понятие о химических элементах имеет глубоко реальное основание во всей науке о природе, так как, например, углерод нигде, никогда, никем и нисколько не превращен в какой-либо другой элемент, тогда как простое тело - уголь превращено в графит и алмаз и, быть может, когда-нибудь можно будет превратить его и в вещество жидкое или газообразное, если удастся найти условия упрощения сложнейших частиц угля. Главное понятие, с которым возможно приступить к объяснению П. законности, состоит именно в коренном различии представлений об элементах и о простых телах. Углерод - элемент, нечто неизменное, содержащееся, как в угле, так и в углекислом газе или в светильном, как в алмазе, так и в массе изменчивых органических веществ, как в известняке, так и в дереве. Это - не конкретное тело, а весомое (материальное) вещество с суммой свойств. Как в парах воды или в снеге нет конкретного тела - жидкой воды, а есть то же весомое вещество с суммой ему одному принадлежащих свойств, так во всем углеродистом содержится материально-однородный углерод: не уголь, а именно углерод. Простые тела суть вещества, содержащие только один какой-либо элемент, и понятие о них становится прозрачно-ясным только тогда, когда признается укрепившееся представление об атомах и частицах или молекулах, из которых слагаются однородные вещества; причем понятию об элементе отвечает атом, а простому телу - частица. Простые тела, как и все тела природы, составлены из частиц: вся их разница от сложных тел состоит лишь в том, что частицы сложных тел содержат разнородные атомы двух или многих элементов, а частицы простых тел - однородные атомы данного элемента. Все, что излагается далее, должно относить именно к элементам, т.е. напр. к углероду, водороду и кислороду, как составным частям сахара, дерева, воды, угля, кислородного газа, озона и т.п., но не простым телам, элементами образуемыми. При этом, очевидно, является вопрос: как же можно находить какую-либо реальную законность в отношении к таким предметам, как элементы, существующие лишь как представления современных химиков, и что же реально осуществимое можно ожидать, как следствие из расследования каких-то отвлеченностей? Действительность отвечает на подобные вопросы с полною ясностью: отвлечения, если они правдивы (содержат элементы истины) и соответствуют реальности, могут служить предметом точно такого же исследования, как и чисто материальные конкретности. Так химические элементы, хотя суть отвлеченности, подлежат расследованию совершенно такому же, как простые или сложные тела, которые можно накалить, взвесить и вообще подвергать прямому наблюдению. Сущность дела здесь в том, что у химических элементов, на основании опытного исследования простых и сложных тел, ими образуемых, открываются свои индивидуальные свойства и признаки, совокупность которых и составляет предмет исследования. Мы и обратимся теперь к перечислению некоторых из особенностей, принадлежащих химическим элементам, чтобы затем показать П. законность химических элементов.
Свойства химических элементов должно разделить на качественные и количественные, хотя бы первые из них и сами по себе подлежали измерению. К числу качественных прежде всего принадлежит свойство образовать кислоты и основания. Хлор может служить образцом первых, так как и с водородом, и кислородом образует явные кислоты, способные с металлами и основаниями давать соли, начиная с первообраза солей - поваренной соли. Натрий же поваренной соли NaCl может служить образцом элементов, дающих только основания, так как кислотных окислов с кислородом он не дает, образуя или основание (окись натрия), или перекись, обладающую характерными признаками типической перекиси водорода. Все элементы суть более или менее кислотные или основные, с явными переходами от первых ко вторым. Это качественное свойство элементов электрохимики (с Берцелиусом во главе) выразили, отличив сходных с натрием, на основании того, что первые при разложении током являются на аноде, а вторые на катоде. Тоже качественное различие элементов выражается отчасти и в различении металлов и металлоидов, так как основные элементы относятся к числу таких, которые в виде простых тел дают настоящие металлы, а кислотные элементы образуют в виде простых тел металлоиды, не имеющие вида и механических свойств настоящих металлов. Но во всех этих отношениях не только невозможно прямое измерение, позволяющее устанавливать последовательность перехода от одних свойств к другим, но и нет резких различий, так что есть элементы в том или ином отношении переходные или такие, которые можно отнести и в тот, и в другой разряд. Так алюминий, по внешнему виду явный металл, отлично проводящий гальв. ток, в своем единственном окисле Аl 2 O 3 (глинозем) играет роль то основную, то кислотную, так как соединяется и с основаниями (напр. Na 2 O, MgO и др.), и с кислотными окислами, например образуя серноглиноземную соль A1 2 (SO 4) 3 =Al 2 O 3 3O 3 ; и в том, и в другом случае он обладает слабо выраженными свойствами. Сера, образуя несомненный металлоид, во множестве химических отношений сходна с теллуром, который по внешним качествам простого тела всегда относился к металлам. Такие случаи, очень многочисленные, придают всем качественным признакам элементов некоторую степень шаткости, хотя и служат к облегчению и, так сказать, оживлению всей системы знакомства с элементами, указывая в них признаки индивидуальности, позволяющей предугадывать еще не наблюденные свойства простых и сложных тел, образующихся из элементов. Эти сложные индивидуальные особенности элементов придавали чрезвычайный интерес открытию новых элементов, не позволяя никоим образом сколько-нибудь предвидеть сумму физических и химических признаков, свойственных веществам, ими образуемым. Все, чего можно было достигать при изучении элементов, ограничивалось сближением в одну группу наиболее сходных, что уподобляло все это знакомство с систематикою растений или животных, т.е. изучение было рабским, описательным и не позволяющим делать какие-либо предсказания по отношению к элементам, еще не бывшим в руках исследователей. Ряд иных свойств, которые мы назовем количественными, выступил в надлежащем виде для химических элементов только со времени Лорана и Жерара, т.е. с 50-х годов текущего столетия, когда была подвергнута исследованию и обобщению способность взаимного реагирования со стороны состава частиц и укрепилось представление о двуобъемных частицах, т.е. о том, что в парообразном состоянии, пока нет разложения, всякие частицы (т.е. количества веществ, вступающие в химическое взаимодействие между собою) всех тел занимают такой же объем, какой занимают два объема водорода при той же температуре и том же давлении. Не входя здесь в изложение и развитие начал, укрепившихся при этом, ныне общепринятом представлении, достаточно сказать, что с развитием унитарной или частичной химии в последние 40 или 50 лет получилась твердость, прежде не существовавшая, как в определении атомных весов элементов, так и в определении состава частиц простых и сложных тел, ими образуемых, и стала очевидною причина различия свойств и реакций обыкновенного кислорода О 2 и озона O 3 , хотя оба содержат только кислород, как и разность маслородного газа (этилена) C 2 H 4 от жидкого цетена С 16 Н 32 , хотя оба содержат на 12 весовых частей углерода по 2 весовых части водорода. В эту многознаменательную эпоху химии выступило в ней для каждого хорошо обследованного элемента два более или менее точных количественных признака или свойства: вес атома и тип (форма) состава частиц соединений, им образуемых, хотя ничто не указывало еще ни на взаимную связь этих признаков, ни на соотношение их с другими, особенно качественными, свойствами элементов. Вес атома, свойственный элементу, т.е. неделимое, наименьшее относительное количество его, входящее в состав частиц всех его соединений, особенно был важен для изучения элементов и составлял их индивидуальную характеристику, пока чисто эмпирического свойства, так как для определения атомного веса элемента надобно узнать не только эквивалент или относительный весовой состав некоторых его соединений с элементами, вес атома которых известен из иных определений, или условно принят известным, но и определить (по реакциям, плотностям паров и т.п.) частичный вес и состав хоть одного, а лучше многих из соединений, им образуемых. Этот путь опыта столь сложен, длинен и требует такого совершенно очищенного и тщательно изученного материла из числа соединений элемента, что для многих, особенно для редких в природе элементов, при отсутствии особо понудительных причин, оставалось много сомнений относительно истинной величины атомного веса, хотя весовой состав (эквивалент) некоторых соединений их и был установлен; таковы, напр., были уран, ванадий, торий, бериллий, церий и др. При чисто эмпирическом значении веса атома не было и особого интереса углубляться в этот предмет для элементов, редко подвергаемых исследованию, тем не менее для большой массы обыкновеннейших элементов величины атомных весов можно было уже в начале 60-х годов считать твердо установленными, особенно после того, как Канницаро твердо установил для многих металлов, напр. Са, Ва, Zn, Fe, Сu и т.п. явное их отличие от К, Na, Ag и т.п., показав, что частицы напр. хлористых соединений первых из них содержат вдвое более хлора, чем вторых, т.е. что Са, Ва, Zn и т.д. дают CaCI 2 , BaCI 2 и т.д., т.е. двуатомны (двуэквивалентны или двувалентны), тогда как K, Na и т.п. одноатомны (одноаквивалентны), т.е. образуют KCI, NaCI и т.п. В эпоху около середины текущего столетия вес атома элементов послужил уже одним из признаков, по которым стали сличать сходственные элементы групп.
Другой из важнейших количественных признаков элементов представляет состав частиц высших соединений, им образуемых. Здесь более простоты и ясности, потому что Дальтонов закон кратных отношений (или простоты и цельности числа атомов, входящих в состав частиц) уже заставляет ждать только немногих чисел и разобраться в них было легче. Обобщение выразилось в учении об атомности элементов или их валентности. Водород есть элемент одноатомный, ибо дает по одному соединению HX с другими одноатомными же элементами, представителем которых считался хлор, образуя НСl. Кислород двуатомен, потому что дает H 2 O или соединяется вообще с двумя X, если под Х подразумевать одноатомные элементы. Так получают НСlO, Сl 2 О и т.д. В этом смысле азот считается трехатомным, так как дает NH 3 , NCl 3 ; углерод четырехатомным, потому что образует СН 4 , СО 2 и т.д. Сходные элементы одной группы, напр. галоиды, дают и сходные частицы соединений, т.е. имеют одну и ту же атомность. Через все это изучение элементов очень сильно двинулось вперед. Но было немало трудностей разного рода. Особую трудность представили соединения кислорода, как элемента двуатомного, способного замещать и удерживать X 2 , в силу чего совершенно понятно образование Cl 2 O, HClO и т.п. соединений с одноатомными элементами. Однако, тот же кислород дает не только НСlO, но и HClO 2 , НСlO 3 и НСlO 4 (хлорная кислота), точно также как не только H 2 O, но и H 2 O 2 (перекись водорода). Для объяснения пришлось признать, что кислород, в силу своей двуатомности, обладая двумя сродствами (как говорят), способен втиснуться в каждую частицу и встать между всякими двумя атомами, в нее входящими. Трудностей при этом получилось много, но остановимся на двух, по-моему, важнейших. Во-первых, оказалась как бы грань О 4 для числа кислородных атомов, входящих в частицу, а этой грани нельзя ждать на основании допущенного. При том, приближаясь к грани, получались часто соединения не менее, а более прочные, чего уже вовсе нельзя допустить при представлении о втиснутых атомах кислорода, так как чем более их взойдет, тем вероятнее было иметь непрочность связей. А между тем НСlO 4 прочнее НСlO 3 , эта последняя прочнее НСlO 2 и НСlO, тогда как НСl опять тело химически очень прочное. Грань же О 4 выступает в том, что водородным соединениям разной атомности:
НСl, H 2 S, Н 3 Р и H 4 Si
отвечают высшие кислородные кислоты:
НСlO 4 , H 2 SO 4 , Н 3 РО 4 и H 4 SiO 4 ,
в которых одинаково содержатся четыре атома кислорода. Из этого даже выходит тот неожиданный вывод, что считая Н - одно-, а О - двуатомными элементами, по кислороду способность к соединению выходит обратная, чем по водороду, т.е. по мере того как у элементов увеличивается свойство удерживать атомы водорода или возрастать в атомности, уменьшается способность удерживать кислород; хлор, так сказать, одноатомен по водороду и семиатомен по кислороду, а фосфор или аналогический с ним азот трехатомен в первом смысле, а во втором - пятиатомен, что видно и по другим соединениям, например NH 4 CI, POCl 3 , РСl 5 и т.п. Во-вторых, все, что знаем, явно указывает на глубочайшее различие в присоединении кислорода (втискивании его, судя по представлению об атомности элементов) в том случае, когда образуется перекись водорода, от того, когда происходит напр. из H 2 SO 4 (сернистая кисл.) серная кислота H 2 SO 4 , хотя H 2 O 2 отличается от Н 2 O точно также атомом кислорода, как H 2 SO 4 от H 2 SO 3 , и хотя раскислители в обоих случаях переводят высшую степень окисления в низшую. Разность в отношении к реакциям, свойственным H 2 O 2 и H 2 SO 4 , особенно выступает по той причине, что серной кислоте отвечает своя перекись (надсерная кислота, аналог которой надхромовая недавно изучена Wiede и содержит, по его данным, H 2 CrO 5), обладающая совокупностью свойств перекиси водорода. Значит, есть существенная разность в способе присоединения кислорода в «солеобразных» окислах и настоящих перекисях и, значит, простым втискиванием атомов кислорода между другими выражать все случаи присоединения кислорода недостаточно, а если выражать, то скорее всего это следует применять к перекисям, а не к образованию, так сказать, нормальных соединений кислорода, приближающихся к RH n О 4 , где n, число атомов водорода, не бывает более 4, как и число атомов кислорода в кислотах, содержащих один атом элементов R. Приняв сказанное во внимание и означая вообще через R атом элементов, вся совокупность сведений о солеобразных окислах приводится к тому выводу, что число самостоятельных форм или видов окислов очень не велико и ограничивается следующими восемью:
R 2 O 2 или RO, напр. CaO, FeO.
Эта стройность и простота форм окисления вовсе не вытекает из учения об атомности элементов в его обычной форме (при определении атомности по соединению с Н или Сl) и есть дело прямого сличения кислородных соединений самих по себе. Вообще учение о постоянной и неизменной атомности элементов заключает в себе трудности и несовершенства (не насыщенные соединения, подобные СО, пересыщенные, подобные JCl 3 , соед. с кристаллизационною водою и т.п.), но оно в двух отношениях имеет и поныне важное значение, а именно с ним достигнута простота и стройность выражения состава и строения сложных органических соединений, и в отношении к выражению аналогии сродственных элементов, так как атомность, по чему бы ее не считали (или состав частиц сходственных соединений), в таком случае оказывается одинаковою. Так напр. сходные между собою во многом ином галоиды или же металлы данной группы (щелочные, напр.) оказываются всегда обладающими одинаковою атомностью и образующими целые ряды сходных соединений, так что существование этого признака есть уже до некоторой степени указатель аналогии.
Чтобы не усложнять изложения, мы оставим перечисление других качественных и количественных свойств элементов (напр. изоморфизма, теплот соед., показ, преломления и т.п.) и прямо обратимся к изложению П. закона, для чего остановимся: 1) на сущности закона, 2) на его истории и приложении к изучению химии, 3) на его оправдании при помощи вновь открытых элементов, 4) на приложении его к определению величины атомных весов и 5) на некоторой неполноте существующих сведений.
Сущность П. законности. Так как из всех свойств химических элементов атомный их вес наиболее доступен для численной точности определения и для полной убедительности, то исходом для нахождения законности химических элементов всего естественнее положить веса атомов, тем более, что в весе (по закону сохранения масс) мы имеем дело с неуничтожаемым и важнейшим свойством всякой материи. Закон есть всегда соответствие переменных, как в алгебре функциональная их зависимость. Следовательно, имея для элементов атомный вес как одну переменную, для отыскания закона элементов следует брать иные свойства элементов, как другую переменную величину, и искать функциональной зависимости. Взяв многие свойства элементов, напр. их кислотность и основность, их способность соединяться с водородом или кислородом, их атомность или состав их соответственных соединений, теплоту, выделяемую при образовании соответственных, напр. хлористых соединений, даже их физические свойства в виде простых или сложных тел сходного состава и т.п., можно подметить периодическую последовательность в зависимости от величины атомного веса. Для того, чтобы это выяснить, приведем сперва простой список всех, хорошо ныне известных определений атомного веса элементов, руководясь недавним сводом, сделанным F.W. Clarke («Smithsonian Miscellaneous Collections», 1075: «A recalculation of the atomic weights», Вашингтон, 1897, стр. 34), так как его ныне должно считать наиболее достоверным и содержащим все лучшие и новейшие определения. При этом примем, вместе с большинством химиков, условно атомный вес кислорода равным 16. Подробное исследование «вероятных» погрешностей показывает, что примерно для половины приведенных результатов погрешность чисел менее 0,1%, но для остальных она доходит до нескольких десятых, а для иных, быть может, и до процентов. Все атомные веса приведены по порядку их величины.
Заключение
Периодическая система Дмитрия Ивановича Менделеева имела громадное значение для естествознания и всей науки в целом. Она доказала, что человек способен проникнуть в тайны молекулярной структуры материи, а впоследствии – и в строении атомов. Благодаря успехам теоретической химии была совершена целая революция в промышленности, создано огромное количество новых материалов. Была наконец найдена взаимосвязь неорганической и органической химии – и в первой и во второй были обнаружены одни и те же химические элементы.
МЕНДЕЛЕЕВ
МЕНДЕЛЕЕВ Дмитрий Иванович (1834-1907), учёный-энциклопедист, педагог, член-корреспондент Петербургской АН (1876). В 1880 выдвигался в академики, но не был избран, что вызвало резкий общественный протест; профессор Санкт-Петербургского университета (1865-90), ушёл в отставку в знак протеста против притеснения студенчества. Открыл (1869) один из осн. законов естествознания - закон периодической зависимости свойств химических элементов от их атомных масс. Автор св. 500 печатных трудов, среди которых классические "Основы химии" (ч. 1-2, 1869-71, 13 изд., 1947) - первое стройное изложение неорганической химии. Фундаментальные исследования по химии, химической технологии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, а также по вопросам сельского хозяйства, экономики, народного просвещения и др. Заложил основы теории растворов, предложил промышленный способ фракционного разделения нефти, изобрёл вид бездымного пороха, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель. Один из инициаторов создания Русского химического общества (1868; ныне Российское химическое общество им. Менделеева). Организатор и первый директор (1893) Главной палаты мер и весов (ныне НИИ метрологии им. Менделеева).
Источник: Энциклопедия "Русская цивилизация"
Смотреть что такое "МЕНДЕЛЕЕВ" в других словарях:
МЕНДЕЛЕЕВ - Дмитрий Иванович (1834 1907), величайший из русских химиков, родился в Тобольске, в семье директора Тобольской гимназии, девятнадцатым ребенком. В детстве его воспитанием и образованием руководила его мать, к poii он очень многим обязан. По… … Большая медицинская энциклопедия
Менделеев, Василий Дмитриевич В Википедии есть статьи о других людях с фамилией Менделеев. Менделеев, Василий Дмитриевич Дата рождения … Википедия
Менделеев Д. И. Дмитрий Иванович pyc. химик, открывший периодич. закон хим. элементов (1869), чл. корр. Петерб. AH (1876). Окончил Гл. педагогич. ин т в Петербурге (1855). Работал в Петерб. ун те (1857 90), 1890 95 консультант науч. техн … Геологическая энциклопедия
- (Дмитрий Иванович) проф., род. в Тобольске, 27 января1834 г.). Отец его, Иван Павлович, директор тобольской гимназии, вскореослеп и умер. Менделеев, десятилетним мальчиком, остался на попечениисвоей матери, Марии Дмитриевны, урожденной… … Энциклопедия Брокгауза и Ефрона
МЕНДЕЛЕЕВ - Дмитрий Иванович (1834 1907), рус. учёный и обществ. деятель, проф. (1865), чл. корр. Петерб. АН (1876). В трудах по экономике, просвещению, проблемам народонас. и др., связанных с развитием производит. сил России, М. наметил программу освоения… … Демографический энциклопедический словарь
Менделеев - Менделеев, Василий Дмитриевич Менделеев, Дмитрий Иванович … Морской биографический словарь
Дмитрий Иванович (1834 1907), российский ученый, педагог, общественный деятель. Открыл (1869) периодический закон. Оставил свыше 500 печатных трудов, среди которых классический Основы химии (1 издание, 1869 71; 13 издание, 1947). Автор… … Современная энциклопедия
Менделеев, Дмитрий И. (1834 1907). Начало научной деятельности Менделеева относится к 1854 г., когда он, еще будучи студентом, опубликовал несколько работ по химии. В 1856 г. Д. И. начал читать лекции по органической и теоретической химии в… … 1000 биографий
Дмитрий Иванович (1834 1907), русский химик, разработавший ПЕРИОДИЧЕСКУЮ ТАБЛИЦУ. Обнаружил, что химические элементы, имеющие сходные свойства, находятся на одинаковых интервалах, если элементы расположить в порядке возрастания их ОТНОСИТЕЛЬНОЙ… … Научно-технический энциклопедический словарь
Запрос «Менделеев» перенаправляется сюда. Cм. также другие значения. Дмитрий Иванович Менделеев Дмитрий Иванович Соколов Д. И. Менделеев в своём кабинете (Главная палата мер и весов, Санкт Петербург). Дата рождения: 27 января (… Википедия
8 февраля 1834 года в семье директора Тобольской гимназии родился великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев. Широта его научных интересов поражает, а количество изобретений просто ошеломляет. Химик, физико-химик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, нефтяник, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель, географ, путешественник, агроном. Профессор Санкт-Петербургского университета; профессор Санкт-Петербургского технологического института; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Одновременно также преподавал в Николаевских инженерных академии и училище и в Институте Корпуса инженеров путей сообщения.
Конечно, прежде всего Менделеев известен открытием периодического закона химических элементов. Это один из фундаментальных законов мироздания и неотъемлемый для всего естествознания. Классический труд Д.И. Менделеева «Основы химии» актуален до сих пор. Но Дмитрий Иванович не открытия в химии ставил себе в заслугу. Так, в письме нашему известному премьер-министру Сергею Юльевичу Витте, своему другу, Менделеев, оценивая свою долголетнюю и многогранную деятельность, называет три службы Родине, которые он исполнил: «Третья служба моя Родине наименее видна, хотя заботила меня с юных лет по сих пор. Это служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности».
Тут следует особо подчеркнуть, что, как ученый, Дмитрий Иванович считал за обязательное условие своей научной работы такой ее итог, чтобы результат открытия был непременно каким-либо образом внедрен в производство и послужил развитию российской промышленности - качество, нашим креаклам из всякого рода инновационных и интеллектуальных центров абсолютно неведомое.
Результат экономической деятельности ученого был парадоксален и отмечен двумя весьма интересными последствиями. Первым итогом стала переписка Дмитрия Менделеева с императором Александром III, в которой ученый особо продвигал идею строительства заводов в России. Вторым стал запрет на переиздание экономических трудов Менделеева и выемка их из библиотек. И произошло это не в царские времена, не в 30-е годы прошлого века, как можно было бы предположить, а вначале 90-х! В стране идет небывалый подъем демократии, журналы каждый месяц выходят миллионными тиражами, публикуя запрещенную большевиками литературу, с полок снимают заброшенные туда цензурой фильмы. А работы Менделеева по экономике, разрешенные в СССР, наоборот, запрещают. Парадокс? Нет!
Именно экономическая доктрина Дмитрия Менделеева являлась яркой системной научно обоснованной доказательной новаторской и самое главное - отчаянно актуальной и детально разработанной программой народно-хозяйственного развития России в условиях частного капитала. Именно взгляды Дмитрия Менделеева, как никого другого ученого, обнаруживали ложность постулатов шайки младореформаторов, гайдаровцев и чубайсовцев, начавших в эти годы колонизацию нашей страны и взявших курс на разгром отечественной индустрии. Основная направленность работ Менделеева - инициировать промышленное развитие России, возбудить интерес общественности к промышленному предпринимательству.
Менделеев активно выступал за однозначно промышленный путь развития России, за активную индустриализацию: «Я не был и не буду ни фабрикантом, ни заводчиком, ни торговцем, но я знаю, что без них, без придания им важного и существенного значения нельзя думать о прочном развитии благосостояния России». Нам же последние четверть века либералы вдалбливали, что мы будем работать в сфере каких-то неведомых услуг и промышленность, заводы, фабрики, комбинаты и мастерские не очень-то и нужны. Все это оказалось ложью. Нам даже не удосужились объяснить, что и кого мы будем обслуживать. Они замолчали ту простую мысль, что сфера обслуживания и торговля появляются только там, где расцветают промышленность и сельское хозяйство, где производятся товары, где бьется научная мысль, придумывая и внедряя все новые и новые технологии и продукты. Они обещали: рынок расставит все на свои места. Но вместо честно регулируемого государством конкурентного рынка они подсунули нам суррогат в виде неофеодальной системы производственных отношений, больше похожий на кормление, уничтоженное еще 500 лет назад Иваном Грозным.
Кроме того, Д.И. Менделеев провинился перед либералами тем, что выступал горячим сторонником государственного протекционизма и хозяйственной самостоятельности России. Это уже для наших компрадорских реформаторов было преступлением смертельным. Ученый утверждал, что надо защищать русскую промышленность от конкуренции со стороны западных стран. Менделеев объединял развитие промышленности России с общей таможенной политикой. Дмитрий Иванович говорил о несправедливости экономического порядка, позволяющего странам, осуществляющим переработку сырья, пожинать плоды труда работников стран - поставщиков сырья. Этот порядок, на его взгляд, «имущему отдает весь перевес над неимущим». Именно Менделеев первым обнаружил опасность сырьевого развития России и определил способы избежать этого «проклятия».
Дмитрий Менделеев утверждал: «Богатство и капитал - равно труду, опыту, бережливости, равно началу нравственному, а не чисто экономическому». Несколько важных работ Менделеева посвящены обоснованию налоговой и тарифной политики в России. В кратком изложении все его пожелания можно свести к следующим: «Желательно, чтобы начинающимся и особенно кооперативным (артельным) предприятиям было оказываемо исключительное внимание и всякие с них налоги уменьшаемы ради их усиленного возникновения». Идея, явно не нашедшая понимания в Минфине наших дней.
Одним из главнейших своих постулатов Дмитрий Иванович считал гибельность политики, при которой Россия все время догоняет страны, от которых она отстала в промышленном развитии. Д.И. Менделеев главным видит рост богатства, создание новых рабочих мест, развитие всех видов просвещения. Достичь этого можно, лишь создавая фабрики и заводы, развивая современную промышленность. «Заветы государственного "порядка", христианских народов, художественной красоты и научно-искренней правды, - пишет мыслитель, - даже в соединении с политическим могуществом и хлебным богатством не обеспечивают будущее нашей страны, если мы не станем быстро двигаться в народно-промышленном хозяйстве, то есть преимущественно в деле фабрик и заводов». Вряд ли такие речи тоже бы понравились нашим министрам.
Будучи взаимосвязаны рынком и взаимозависимы, участники товарного производства и обмена заинтересованы в общем порядке и мире. Их поддержание, по мысли Д.И. Менделеева, берет на себя государство. Развиваясь и углубляя общественные связи товаропроизводителей, рынок тем самым развивает и укрепляет государство. В свою очередь, государство содействует развитию фабрик и заводов, покровительствует промышленности в широком смысле и тем самым способствует развитию общественного разделения труда, торговли и, следовательно, рынка. В товарном хозяйстве рынок и государство не исключают, а дополняют, помогают друг другу.
Покровительством и поддержкой индустриального возрождения России, по замыслу Д.И. Менделеева, должно заниматься государство. Экономическому и политическому прогрессу требуется государственное управление. Именно оно должно координировать и направлять экономическую деятельность предпринимателей, обеспечивая тем самым «общее благо развития», разрешать неизбежные противоречия между товаропроизводителями. Дмитрий Иванович Менделеев был убежден, что отсутствие веры в предстоящее показывает узость мысли. Он верил в русского человека и был уверен в том, что «если народ владеет знаниями, имеет землю, трудолюбив, бережлив и способен к размножению, его развитие может идти необыкновенно быстро». А лозунг нынешних наших экономических руководителей, кажется, звучит так: «Чумазый играть не может».