"Я, может, 20 лет думал": история легендарной таблицы Менделеева

1 марта считается днем рождения Периодической таблицы Менделеева (17 февраля по старому стилю). Великому русскому ученому Дмитрию Ивановичу Менделееву было всего 35 лет, когда в 1869 году он сформулировал периодический закон и создал Периодическую систему химических элементов.

Прообраз таблицы появился в первом издании учебника "Основы химии", который разрабатывал Менделеев. По мнению историков, именно работа над учебником и заставила его задуматься над природой и взаимосвязью химических элементов и попытаться поместить их в понятную систему. 

Об истории создания таблицы Менделеева и о том, почему она, как и закон, называется периодической – в материале РЕН ТВ.

Предыстория появления системы химических элементов

В далеком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем был опубликован научный труд, в котором было развенчано немало мифов об алхимии, и в котором он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. 

Ученый также привел их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что этот список неполный. Это стало отправной точкой не только в поиске новых элементов, но и в их систематизации.

Сто лет спустя французским химиком Антуаном Лавуазье был составлен новый перечень, в который входили уже 35 элементов. 23 из них позже были признаны неразложимыми. Но поиск новых элементов продолжался учеными по всему миру. 

К середине XIX века было открыто 63 химических элемента и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие вещества в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств. 

В 1863 году свою теорию представил химик и музыкант Джон Александр Ньюлендс, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа английского ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.

Как появились периодический закон и таблица химических элементов

Знаменитый русский ученый-энциклопедист Дмитрий Иванович Менделеев впервые выдвинул гипотезу о том, что между атомной массой элементов и их расположением в системе может быть взаимосвязь.

Благодаря кропотливому труду и сопоставлению химических элементов Менделеев смог обнаружить связь между элементами, в которой они могут быть одним целым, а их свойства являются не чем-то само собой разумеющимся, а представляют собой периодически повторяющееся явление. 

В результате размышлений Менделеева 1 марта 1869 года был завершен самый первый вариант Периодической системы химических элементов, который получил тогда название "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве".

Как выглядела первая таблица Менделеева

В этом варианте элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). 

1 марта 1869 года знаменует собой открытие Менделеевым периодического закона, но более верным будет считать эту дату началом открытия, поскольку еще требовалось его осмысление и затем – достижение формулировки.

"Опыт системы элементов" был напечатан с химическим обоснованием в программной статье ученого "Соотношение свойств с атомным весом элементов" в "Журнале Русского физико-химического общества". А уже в апреле 1869 года состоялась первая публикация таблицы Менделеева в международной печати – она вышла в свет в лейпцигском Journal für Practische Chemie ("Журнале практической химии") и стала достоянием мировой науки.

В том же году эта статья из "Журнала Русского химического общества" была переведена в Zeitschrift für Chemie, а в 1872 году в журнале Annalen der Chemie und Pharmacie была опубликована развернутая статья Менделеева, посвященная его открытию, – Die periodische Gesetzmässigkeit der Elemente ("Периодическая закономерность химических элементов").

В этой работе, датированной августом 1871 года, Дмитрий Менделеев приводит формулировку периодического закона, которая затем оставалась в силе на протяжении более сорока лет: "Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса".

Почему таблица называется периодической

Суть открытия Менделеева в том, что с ростом атомной массы химические свойства элементов меняются не монотонно, а периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов свойства начинают повторяться. Так, калий похож на натрий, фтор – на хлор, а золото схоже с серебром и медью.

Появление новых элементов в таблице Менделеева

Пользуясь периодической системой, Менделеев также предсказал открытие нескольких новых химических элементов и описал их химические и физические свойства. В дальнейшем расчеты ученого полностью подтвердились: галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году) поразительно точно соответствовали тем свойствам, которые описал Менделеев.

Затем прогнозы гениального химика продолжили реализовываться и были открыты еще восемь новых элементов, среди которых: полоний (1898 год), рений (1925 год), технеций (1937 год), франций (1939 год) и астат (1942–1943 годы).

Кстати, в 1900 году Дмитрий Менделеев и шотландский химик Уильям Рамзай пришли к мнению, что в таблицу должны быть включены и элементы нулевой группы – до 1962 года они назывались инертными, а после – благородными газами.

На сегодняшний день в Периодической системе химических элементов – 118 элементов. Последний, самый тяжелый из известных, — оганесон (Og), названный так в честь своего первооткрывателя Юрия Цолаковича Оганесяна. Научный руководитель лаборатории ядерных реакций имени Г.Н. Флерова Объединенного института ядерных исследований в Дубне стал четвертым в истории ученым, при жизни которого его именем был назван химический элемент.

Организация Периодической системы химических элементов

Химические элементы в таблице Д.И. Менделеева расположены по рядам в соответствии с возрастанием их массы, а длина рядов подобрана так, чтобы находящиеся в них элементы имели схожие свойства.

Например, благородные газы, такие как радон, ксенон, криптон, аргон, неон и гелий, с трудом вступают в реакции с другими элементами, а также имеют низкую химическую активность, из-за чего расположены в крайнем правом столбце. 

А элементы левого столбца (калий, натрий, литий и т.п.) отлично реагируют с прочими элементами, а сами реакции носят взрывной характер. 

Говоря проще, внутри каждого столбца элементы имеют подобные свойства, варьирующиеся при переходе от одного столбца к другому. 

Все элементы вплоть до № 92 встречаются в природе, а с № 93 начинаются искусственные элементы, которые могут быть созданы лишь в лабораторных условиях.

В своем первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему все должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.

Самые старые экземпляры таблицы Менделеева

В 2019 году в Сент-Эндрюсском университете Великобритании был обнаружен один из старейших образцов таблицы. Это произошло, когда доктор Алан Айткен наводил порядок в кладовке химического факультета. Факультет переехал в новое помещение в 1968 году, и с тех пор оборудование, реактивы и бумаги пылились в подсобном помещении.

Таблица лежала в кладовке среди кучи разных лабораторных принадлежностей. В какой-то момент Айткен обнаружил свернутые в трубку лекционные материалы по химии, а в них – копию Периодической таблицы химических элементов, возраст которой оценивался в 133–140 лет.

Найденная таблица аннотирована на немецком языке, слева внизу идет надпись Verlag v. Lenoir & Forster, Wien, указывающая на владельца типографии, работавшего в Вене с 1875 по 1888 год. Другая надпись – Lith. von Ant. Hartinger & Sohn, Wien – определяет литографа диаграммы, который умер в 1890 году.

Выяснить, в каком году была напечатана таблица, помогли поиски в университетском архиве. Нашлись данные о покупке таблицы профессором Томасом Пурди – пособие было куплено в октябре 1888 года. Тогда оно стоило 3 немецкие марки.

Восстановление плаката заняло немало времени: поверхность пришлось очистить от грязи и мусора, отделить таблицу от подкладки, на которой та была закреплена, обработать специальными растворами для выравнивания кислотно-щелочного баланса и устранить разрывы с помощью специальной бумаги из бруссонетии бумажной и пасты из пшеничного крахмала.

Теперь таблица находится в специальном хранилище университета, где для нее созданы подходящие условия. На самом же факультете осталась ее полномасштабная копия.

Чуть позже, но в том же 2019 году, сотрудники Санкт-Петербургского университета сообщили о своей сенсационной находке – обнаруженная ими в Большой химической аудитории таблица оказалась на 12 лет старше. 

В университете рассказали, что таблица представляет собой демонстрационный вариант, изготовленный в 1876 году. Она отличается от современных вариантов. Например, в ней нет VIII группы, в которую входят инертные (благородные) газы: на момент публикации они еще не были открыты.

Как появилась легенда о том, что Менделеев увидел таблицу во сне

Об известном ученом и его открытиях ходило немало баек и легенд. Одна из самых известных гласит, что Менделеев увидел свою таблицу во сне. 

Сам Дмитрий Иванович об открытии периодического закона писал так:

"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".

Эта история позже и легла в основу легенды о том, что таблица Менделееву приснилась. Самому ученому такая интерпретация не нравилась.

"Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг... готово", – говорил он.

Научные открытия, сделанные во сне

Впрочем, история знает и другие примеры, когда ученые мужи не только не отрицали, а даже подчеркивали, что сделали свои открытия во сне. 

Так, немецкому химику Фридриху Августу Кекуле приснилась формула бензольного кольца.Датчанин Нильс Бор во сне очутился на Солнце, а вокруг него на огромной скорости вращались планеты. Под впечатлением от этого сновидения Бор создал планетарную модель строения атомов, за которую ему позже вручили Нобелевскую премию.А в середине XX века американский ученый Джеймс Уотсон увидел во сне двух переплетающихся змей. Это сновидение помогло ему первым в мире изобразить форму и структуру ДНК.