«Ядерная химия». Глава из книги

Менделеев и его таблица

Античные философы считали, что мир состоит из четырёх элементов, или стихий: огня, воды, воздуха и земли. Такие представления существовали почти два тысячелетия. Только в XVII веке британский учёный Роберт Бойль пересмотрел представление об элементах. Он предположил, что элементы представляют собой вещества, которые не могут быть разложены на более простые. Первую таблицу элементов составил французский химик Антуан Лавуазье. К элементам он отнёс кислород, водород, серу, фосфор, уголь.

С появлением атомистической теории химические элементы стали понимать как определённый тип атомов. Важнейшим свойством элемента считался атомный вес. Когда учёные наконец установили строение атома, стало понятно, что отличительным свойством элемента является не вес, а число протонов в ядре, или атомный номер. То есть именно тот факт, что в ядре атома кислорода находятся 8 протонов, и отличает кислород от азота, у которого протонов 7. Как мы уже выяснили, атомы одного и того же элемента могут иметь разную массу из-за разного числа нейтронов в ядре. Они называются изотопами. Большинство элементов существуют в природе в виде смеси изотопов. Кроме этого, все элементы имеют радиоактивные изотопы, которые можно получить искусственно.

Когда Менделеев открыл свою таблицу, было известно 63 химических элемента. Когда я начал заниматься химией, их было уже 109. Сегодня в таблице заполнено 118 клеток. Последний элемент назван оганесон, в честь российского учёного Юрия Оганесяна, работающего в Объединённом институте ядерных исследований в городе Дубне.

Во времена Менделеева о строении атома ещё ничего не знали. Но относительные веса атомов большинства элементов были известны. Менделеев решил расположить элементы по возрастанию атомного веса. Он обнаружил, что химические свойства разных элементов периодически очень похожи. Например, калий по свойствам похож на натрий, бром на хлор, и так далее. Тогда Менделеев разместил родственные элементы один под другим. Так появилась знаменитая таблица. Правда, для этого ему пришлось часть элементов переставить местами, а кое-где в таблице оставить пустые клетки для ещё не известных элементов. Для этого нужна была научная смелость. Так Менделеев предсказал существование трёх элементов, которые позже получили названия галлий, скандий и германий, и даже предсказал их свойства. Когда эти элементы наконец открыли, их свойства оказались на удивление близкими к тем, что предсказал Менделеев. Это стало триумфом периодического закона. Именно с Менделеева химия начала формироваться как точная наука, а его таблица стала основным рабочим инструментом для химиков. Хороший химик легко нарисует таблицу по памяти. Конечно, со времён Менделеева она сильно изменилась. Теперь мы понимаем, что периодичность свойств связана не с атомными весами, а с количеством протонов и электронов в атоме. Электроны в атомах распределены по оболочкам, и строение наружной оболочки одинаковое у родственных элементов, например у натрия и калия. Именно наружные электронные оболочки отвечают за связи между атомами, то есть за проявление тех или других химических свойств.