Менделеев
Шрифт:
И тем не менее новая формулировка не отвечала на вопрос, почему при монотонном возрастании атомного веса и заряда ядер свойства элементов меняются периодически. Ответ на этот вопрос дало изучение электронных оболочек атомов, которые оказались построенными по строгим математическим законам. Так, атом водорода состоит из ядра и вращающегося «округ него одного-единственного электрона. В атоме гелия — 2 электрона, вращающихся примерно на одном уровне. Переход к литию добавляет еще одна электрон. Но стоп! Первый, ближайший к ядру уровень может содержать лишь 2 электрона, поэтому в литии третий электрон открывает счет на более далеком от ядра втором уровне. В отличие от первого этот уровень для насыщения требует 8 электронов, и постепенный
В шестом периоде картина усложняется еще больше. В него входят редкоземельные элементы, у которых на внешнем — шестом уровне находятся два электрона, а число электроном на четвертом уровне последовательно растет с 18 до 32, поэтому в шестом периоде содержится уже 32 элемента.
Конечно, реальная картина неизмеримо сложнее приведенного здесь схематического описания, но даже его достаточно, чтобы оценить глубину формулировки менделеевского закона на новом, электронном, этапе: Периодическое изменение свойств элементов, а также формы и свойства их соединений зависят от периодического повторения подобных электронных структур атомов.
…Однажды на полях личного экземпляра «Основ химии» Дмитрий Иванович написал: «Естествознание учит, как форма, внешность отвечает внутренности… Так кристаллическая форма и вид соли отвечают их внутреннему виду… Это равновесие внешнего с внутренним проявляется, когда мы музыкою, игрою лица, живописью узнали внутреннее, — это секрет знания».
«Электронная» формулировка периодического закона дает почти исчерпывающее описание химической внешности элементов. Но разгадка самих электронных структур потребовала проникновения в еще большие глубины строения материи. Было выяснено, что электронные оболочки атомов есть внешнее отображение внутренней структуры их ядер, состоящих из положительно заряженных протонов и не несущих заряды нейтронов. Эти частицы, из которых состоят ядра атомов, называют нуклонами. Именно количество и соотношение нуклонов в ядре полностью определяют его строение.
Ясное понимание этого факта открыло новый — ядерный — этап в развитии периодического закона, который формулируется теперь так: «Периодическое изменение свойств ядер зависит от их строения, определяемого числом нуклонов в ядерных уровнях. Протоны, нейтроны и электроны оказались кирпичиками той первичной материи, из которой построены элементы — единые по составу элементарных частиц и индивидуальные по их количеству и строению атома.
Вся глубокая индивидуальность атома оказалась спрятанной в его ядре. Вот почему из рук химиков периодическая система в 1930-х годах окончательно переместилась в руки физиков-ядерщиков, внесших за последнее десятилетие колоссальный вклад в открытие новых элементов.
За 38 лет, прошедших со дня открытия периодического закона до смерти Менделеева, было открыто химическими методами 23 элемента. В последующие тридцать лет усилиям химиков поддались еще три элемента — протактиний, гафний и рений. И к 1937 году между водородом и ураном остались незаполненными всего четыре клетки — 43, 61, 85 и 87.
Открытие этих элементов можно считать настоящим торжеством науки, ибо они, строго говоря, не были открыты. Они были созданы искусственно: № 43 — технеций — в 1937 году, № 87 — франций — в 1939 году, № 85 — астат — в 1940 году, № 61 — прометий — в 1947 году.
В ходе этих синтезов были получены еще более фантастические результаты: физики-ядерщики получили нептуний и плутоний — элементы с большим атомным номером, чем у урана, который во времена Менделеева замыкал периодическую систему. Вслед за этими элементами американские
Все эти блестящие открытия снова и снова заставляют ученых поражаться тому, что было сделано Дмитрием Ивановичем более ста лет назад. «Наиболее сильное впечатление, — говорил на юбилейном Менделеевском съезде в сентябре 1969 года Г. Сиборг, — производит то, что, хотя Д. И. Менделееву не были известны такие общепринятые теперь понятия, как атомная структура и изотопы, связь порядковых номеров с валентностью, электронная природа атома, периодичность химических свойств, определяемая электронной структурой… он был в состоянии создать периодическую систему элементов, которая за прошедшее столетие, несмотря на огромные достижения науки, не претерпела сколько-нибудь заметных изменений».
Последние годы жизни Менделеева текли в привычном проторенном русле. Так же, как и прежде, он любил посидеть на клеенчатом диване в канцелярии Главной Палаты, держа дымящуюся «крученку» между прокуренными до желтизны пальцами левой руки. Так же, как прежде, увлеченный новой идеей, новой мыслью, он ночи напролет работал в своем кабинете. Так же, как и прежде, выполняя задания различных ведомств, он по нескольку месяцев в году проводил в разъездах по России и по Европе.
Как-то раз, сидя в канцелярии, Дмитрий Иванович сказал сослуживцам: «Германский император выразил желание, чтоб я был на двухсотлетнем юбилее Германской Академии наук». И, помолчав, простонал: «Два часа без курева!»
Как он и предчувствовал, на берлинском торжестве произошла-таки неловкость именно из-за курения. Во время торжественного обеда, где Дмитрий Иванович сидел рядом с председательствующим Вант-Гоффом, он вдруг поднялся с места. Все притихли, ожидая, что он сейчас произнесет приличествующую случаю речь, но Дмитрий Иванович начал тянуть, с трудом подбирая французские слова: «Э… э… Permettez-moi.. э… fumer!»
Любезный председатель («Милый Вант-Гофф», как часто называл его Менделеев), конечно, сразу же такое разрешение дал и, чтобы не подчеркивать экстравагантности русского гостя, тут же закурил сам. Хозяева были шокированы поведением председателя и сделали потом Вант-Гоффу выговор: можно разрешить сибирскому сумасброду курить среди обеда, но не должен же сам председатель подавать тому пример.
Летом 1900 года в Париже должна была открыться 11-я Всемирная выставка в честь окончания XIX века, и когда Дмитрий Иванович вернулся с берлинских торжеств, он узнал, что командируется в Париж в качестве эксперта министерства финансов. Это лето для Менделеева оказалось очень хлопотливым. В феврале он купил земельный участок в Петербурге и начал строить на нем два доходных дома. Строительство требовало постоянного присмотра, и Менделееву в течение лета пришлось то и дело из Парижа наезжать в Петербург. Несмотря на это, от внимательного эксперта министерства финансов не ускользнули даже те экспонаты, которые он «находил иногда в темных уголках, в скромной обстановке и среди утомительного однообразия обыденных предметов».