Но и этот список продолжает расти. С начала XIX столетия открытия новых химических элементов начинают происходить еще более часто. Теперь уже почти не проходит года — двух без того, чтобы не было открыто новое химически неразложимое вещество. «Охота» за новыми химическими элементами становится основным занятием многих ученых-химиков.
В 50-х годах XIX века ученым было известно уже около 50 элементов. Перед химиками все чаще вставал вопрос: сколько же всего в природе химических элементов, то есть химически не разложимых, простых веществ?
Правда, узнавая состав сложных тел, химики видят, что большинство веществ состоит из небольшого числа элементов. Так, им уже известно, что в состав десятков тысяч веществ органического, «живого», происхождения 64 входит всего-навсего каких-либо 6–8 простых веществ: углерод, водород, азот, кислород и некоторые другие.
Анализ наиболее распространенных на Земле минералов говорит о том же: и здесь чаще всего встречаются одни и те же немногие элементы — железо, кремний, кислород, алюминий, магний, кальций.
Однако поскольку все время открывались, пусть редкие, но новые элементы, вопрос о числе элементов для химиков прошлого века не терял своей остроты. И все это усугублялось еще одним обстоятельством. Открытия новых элементов были совершенно случайны. Ученые работали вслепую. Никто не знал, где мог оказаться новый элемент, каковы должны быть его свойства.
К началу второй половины XIX века в химии накопился богатейший опытный материал: изучены свойства не только всех известных к тому времени элементов, но и свойства их многочисленных соединений, которых насчитывалось несколько тысяч. Во всем многообразии химических элементов надо было разобраться, найти между ними общее и свести их в единую стройную систему.
Очень трудная задача! Слишком различны свойства химических элементов. Тут и твердые тела, и жидкости, и газы; металлы и землистые вещества; вещества твердые и мягкие, стойкие и неустойчивые, тяжелые и легкие.
Как найти общее в пестроте всех этих свойств? Чем объяснить свойства элементов? Ответить мог только человек с блестящими химическими знаниями, ученый, обладающий умением обобщать и предвидеть, мыслить диалектически. Именно таким и был Д. И. Менделеев.
Великий русский химик создал систему химических элементов, которая устанавливала связь между всеми элементами. В основу своей системы он положил наиболее общее, хорошо изученное в то время свойство химических элементов — их атомный вес. Менделеев установил, что химические и физические свойства элементов связаны с атомным весом. Если все элементы расположить в ряд в порядке возрастания их атомных весов, то в этом ряду обнаруживается замечательная закономерность: свойства элементов повторяются через определенные периоды, через определенное число элементов. В этом, по существу, и заключается простой, но вместе с тем глубокий смысл открытия Менделеева, его периодической системы элементов. Эта закономерность химических элементов открыла перед наукой возможности для дальнейшего, более глубокого изучения строения вещества.
Д. И. Менделеев пришел к выводу о том, что количественная характеристика каждого элемента — атомный вес — связана с качественной характеристикой вещества, с его свойствами. Начав с сопоставления друг с другом различных групп элементов, ученый после огромного творческого труда, после многих наблюдений, предположений и их проверки открыл наконец ту общую зависимость всех химических элементов, тот общий непрерывный их ряд, в котором свойства элементов повторяются закономерно. «По мере возрастания атомного веса, — писал он, — элементы сперва имеют все новые изменчивые свойства, а потом эти свойства вновь повторяются в новом периоде, в новой строке и в ряде элементов и в той же последовательности, как в предшествовавшем ряде. А потому закон периодичности можно формулировать следующим образом: свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости (то есть правильно повторяются) от их атомного веса»[6].
Изучая свойства элементов, заключенных в каком-либо одном периоде, Менделеев установил, что они изменяются не случайно, а по строго определенному закону. В каждом периоде мы видим полный набор самых различных элементов: тут есть металлы и неметаллы, химически активные элементы и химически неактивные, с трудом вступающие в соединения.
Постепенное увеличение атомного веса в ряду элементов приводит к качественным изменениям — к переходам от одного химическою элемента к другому.
Великое открытие Менделеева дало новое, диалектическое представление о химических элементах, об их взаимосвязи и взаимозависимости. Его периодический закон явился одним из ярких подтверждений материалистического положения о материальном единстве мира.
Огромное мировоззренческое значение периодического закона состоит в том, что он объединяет все химические элементы как ступени развития единой материи.
Д. И. Менделеев раскрыл внутреннюю, органическую связь между всеми элементами и показал, что все химические элементы внутренне сходны по своей природе. Химические элементы составляют одну большую семью.
Разбитые на группы и периоды, они наглядно показывают свое родство. При этом мы видим как бы развитие каждого более легкого элемента, заключенного в первом периоде таблицы, в более тяжелый и сложно устроенный элемент. Свойства этого вещества в основном повторяют качества своего более легкого родственника, но в то же время они не тождественны: это свойства нового, более сложного элемента. Так, более тяжелый магний в основном имеет свойства бериллия, но при этом он активнее бериллия, легче загорается и т. д.
Все тела окружающей нас природы состоят из химических элементов. Природа едина в своей материальности
Против религиозного учения о сверхъестественном творении Вселенной свидетельствует построенная знаменитым русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году периодическая система элементов. Эта система, как и ряд других открытий, показала, что никакого деления на особый небесный и земной мир нет и не может быть. Земля, Солнце и звезды состоят из определенных химических элементов, связанных между собой общей закономерностью. Химические элементы, из которых образованы все тела в природе, также имеют естественное происхождение
Периодический закон имел и имеет огромное значение в развитии химии и физики. Так, например, когда на рубеже XIX и XX веков были открыты радиоактивные химические элементы, их изучению во многом помог закон Менделеева. Периодическая система позволила понять и изучить свойства новых элементов. А это привело к открытию важнейших закономерностей в природе.
Однако нам здесь важно остановиться на другой особенности периодического закона. Найдя периодическую зависимость элементов от их атомного веса, Менделеев сделал из этого гениальный вывод: он построил такую периодическую таблицу элементов, которая охватывала не только известные, но и неизвестные в то время химические элементы!
Ведь теперь, зная, как должны изменяться свойства рядом стоящих элементов, зная, сколько элементов и с какими свойствами должно находиться в каждом отдельном периоде, можно проверить правильность атомных весов различных элементов.
Мало того, знание периодичности свойств элементов дало в руки химика возможность научного предвидения. Видя, в каких местах таблицы недостает элементов с нужными для полного периода качествами, можно заранее предсказать, какие еще элементы существуют в природе, и знать свойства этих неоткрытых веществ.
И великий ученый приступает к исправлению атомных весов некоторых элементов и дополнению таблицы. Если строго следовать известным в то время атомным весам химических элементов, то йод и теллур, например, нужно было поместить в таблице так, что они нарушали последовательность свойств элементов в периоде, то есть нарушали открытый Менделеевым закон природы. Если же эти элементы переставить местами, то последовательность восстанавливается. Значит, так и нужно поместить эти элементы: йод — за теллуром, а не наоборот, как следовало бы сделать, руководствуясь атомным весом.
Во времена Менделеева атомный вес урана считался равным примерно 120. Значит, уран надо было поместить 68 в середине таблицы. Но Менделеев видел, что по всем химическим свойствам место этого элемента в самом конце таблицы, где расположились элементы с большими атомными весами. И ученый смело исправляет ошибку: он увеличивает атомный вес урана вдвое. Экспериментальная проверка атомного веса урана, проведенная позднее, установила, что Менделеев был прав. Таким же путем он уточнил атомные веса индия и церия.
Изучая свойства элементов по периодам, Менделеев увидел в отдельных местах разрывы в последовательности свойств. Например, на месте химического элемента, который по свойствам должен быть близок к алюминию, стоял совсем не похожий на алюминий элемент — титан. Менделеев пришел к выводу: на месте титана должен стоять какой-то другой элемент, схожий с алюминием. Но какой? Среди элементов, известных химикам, такого не было. И Менделеев оставляет в таблице пустую клетку; ее должен занять никому еще не известный элемент, который он называет условно экаалюминием. Ученый был уверен, что этот элемент обязательно откроют в будущем. Он подробно описал химические и физические свойства этого неизвестного химикам вещества: его цвет, растворимость, удельный вес. Он настолько ясно представлял себе свойства неведомого элемента, что даже предсказал, как он будет открыт: этот металл должен обладать большей летучестью, чем алюминий, и скорее всего его обнаружат спектральным анализом.
Таким же путем Менделеев оставил пустые места еще для двух тогда неизвестных ученым элементов, родственников силиция (кремния) и бора. Описывая свойства еще никем не виденных химических элементов, ученый был твердо уверен в правильности своего закона и убежден в том, что неизвестные элементы рано или поздно откроют.