Дмитрий Иванович Менделеев любил рассказывать, что идея периодической системы пришла ему во сне. Как и многие химики середины XIX века, он пытался как-то систематизировать огромное количество открываемых химических элементов. Менделеев тогда работал над книгой «Основы химии», и ему все время казалось, что для веществ, которые он описывал, непременно должен существовать какой-то способ упорядочивания, который сделает их больше чем просто случайным набором элементов. Именно такой способ упорядочивания, такой закон он и увидел во сне.
В своей таблице (сегодня мы ее называем периодической таблицей, или системой, элементов) Менделеев расположил химические элементы по рядам в порядке возрастания их массы, подобрав длину рядов таким образом, чтобы химические элементы в одной колонке имели похожие химические свойства. Так, например, правая крайняя колонка таблицы содержит гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон. Это благородные газы* — вещества, которые неохотно реагируют с другими элементами и проявляют низкую химическую активность. В противоположность этому, элементы самой левой колонки — литий, натрий, калий и др. — реагируют с другими веществами бурно, процесс носит взрывной характер. Аналогичные утверждения можно сделать и о химических свойствах элементов в других колонках таблицы — внутри колонки эти свойства подобны, но варьируются при переходе от одной колонки к другой.
Нельзя не отдать дань смелости мысли Менделеева, решившегося опубликовать свои результаты. С одной стороны, таблица в первоначальном виде содержала много пустых клеток. Элементы, о существовании которых мы сейчас знаем, тогда еще только предстояло открыть. (Действительно, открытие этих элементов, включая скандий и германий, стало одним из величайших триумфов периодической системы.) С другой стороны, Менделееву пришлось допустить, что атомные веса некоторых элементов были измерены неправильно, так как в противном случае они не вписались бы в систему. И опять оказалось, что он был прав.
Периодическая система в своем первом варианте просто отражала существующее в природе положение дел. Как и в случае с кеплеровскими законами движения планет, таблица никак не объясняла, почему это должно быть именно так. И только с появлением квантовой механики и, в особенности, принципа запрета Паули стал понятен истинный смысл расположения элементов в периодической таблице.
Сегодня мы смотрим на периодическую таблицу с точки зрения того, как электроны заполняют электронные слои в атоме (см. Принцип Aufbau). Химические свойства атома (то есть то, какого рода связи будут образованы с другими атомами) определяются числом электронов в наружном слое. Так, у водорода и лития только по одному внешнему электрону, поэтому в химических реакциях они ведут себя похоже. В свою очередь, гелий и неон оба имеют заполненные внешние оболочки, и тоже ведут себя похоже, но совершенно не так, как водород и литий.
Химические элементы вплоть до урана (содержит 92 протона и 92 электрона) встречаются в природе. Начиная с номера 93 идут искусственные элементы, созданные в лаборатории. Пока самый большой заявленный учеными номер — 118.
* Эти вещества назвали инертными газами, но название было изменено в 1962 году, когда было обнаружено, что ксенон может все-таки реагировать с фтором. — Прим. автора
См. также:
Таблица, без которой немыслима химия. Первая колонка содержит щелочные металлы, вторая — щелочноземельные металлы. Самые правые — благородные газы. Слева от них, над «ступенькой», располагаются неметаллы, под «ступенькой» — другие металлы. Между ними и щелочноземельными металлами — переходные металлы. В отдельные ряды выделены лантаноиды и актиноиды. Водород (H) занял отдельное место вверху таблицы.