Небольшая предыстория
В далёком 1668 году выдающимся ирландским химиком, физиком и богословом Робертом Бойлем была опубликована книга, в которой было развенчано немало мифов об алхимии, и в которой он рассуждал о необходимости поиска неразложимых химических элементов. Учёный также привёл их список, состоящий всего из 15 элементов, но допускал мысль о том, что могут быть ещё элементы. 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 учёными по всему миру. И главную роль в этом процессе сыграл знаменитый русский химик Дмитрий Иванович Менделеев – он 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 итоге, в феврале 1869 года Менделеев сформулировал первый периодический закон, а уже в марте его доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» был представлен на рассмотрение Русского химического общества историком химии Н. А. Меншуткиным. Затем в том же году публикация Менделеева была напечатана в журнале «Zeitschrift fur Chemie» в Германии, а в 1871 году новую обширную публикацию учёного, посвящённую его открытию, опубликовал другой немецкий журнал «Annalen der Chemie».
Создание периодической таблицы
Основная идея к 1869 году уже была сформирована Менделеевым, причём за довольно короткое время, но оформить её в какую-либо упорядоченную систему, наглядно отображающую, что к чему, он долго не мог. В одном из разговоров со своим соратником А. А. Иностранцевым он даже сказал, что в голове у него уже всё сложилось, но вот привести всё к таблице он не может. После этого, согласно данным биографов Менделеева, он приступил к кропотливой работе над своей таблицей, которая продолжалась трое суток безе перерывов на сон. Перебирались всевозможные способы организации элементов в таблицу, а работа была осложнена ещё и тем, что в тот период наука знала ещё не обо всех химических элементах. Но, несмотря на это, таблица всё же была создана, а элементы систематизированы.
Легенда о сне Менделеева
Многие слышали историю, что Д. И. Менделееву его таблица приснилась. Эта версия активно распространялась вышеупомянутым соратником Менделеева А. А. Иностранцевым в качестве забавной истории, которой он развлекал своих студентов. Он говорил, что Дмитрий Иванович лёг спать и во сне отчётливо увидел свою таблицу, в которой все химические элементы были расставлены в нужном порядке. После этого студенты даже шутили, что таким же способом была открыта 40° водка. Но реальные предпосылки для истории со сном всё же были: как уже упоминалось, Менделеев работал над таблицей без сна и отдыха, и Иностранцев однажды застал его уставшим и вымотанным. Днём Менделеев решил немного передохнуть, а некоторое время спустя, резко проснулся, сразу же взял листок бумаги и изобразил на нём уже готовую таблицу. Но сам учёный опровергал всю эту историю со сном, говоря: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово». Так что легенда о сне может быть и очень привлекательна, но создание таблицы стало возможным только благодаря упорному труду.
Дальнейшая работа
В период с 1869 по 1871 годы Менделеев развивал идеи периодичности, к которым склонялось научное сообщество. И одним из важных этапов данного процесса стало понимание того, что любой элемент в системе должно располагать, исходя из совокупности его свойств в сравнении со свойствами остальных элементов. Основываясь на этом, а также опираясь на результаты исследований в изменении стеклообразующих оксидов, химику удалось внести поправки в значения атомных масс некоторых элементов, среди которых были уран, индий, бериллий и другие.
Пустые клетки, остававшиеся в таблице, Менделеев, конечно же, хотел скорее заполнить, и в 1870 году предсказал, что в скором времени будут открыты неизвестные науке химические элементы, атомные массы и свойства которых он сумел вычислить. Первыми из них стали галлий (открыт в 1875 году), скандий (открыт в 1879 году) и германий (открыт в 1885 году). Затем прогнозы продолжили реализовываться, и были открыты ещё 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 Д. И. 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.
Организация периодической системы
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.д.) 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 своём первоначальном варианте периодическая система понималась только как отражение существующего в природе порядка, и никаких объяснений, почему всё должно обстоять именно так, не было. И лишь когда появилась квантовая механика, истинный смысл порядка элементов в таблице стал понятен.
МЕНДЕЛЕЕВ, Дмитрий Иванович
27 января (8 февраля) 1834 г. – 20 января (2 февраля) 1907 г.
Джозеф Пристли
(13.III.1733–06.II.1804)
Пристли родился 13 марта 1733 года, рос в семье религиозных кальвинистов. Когда он учился на священника, то понял, что его либеральные воззрения не подходят для подобной карьеры. В конечном счете, в 1767 году Пристли стал пастором в маленькой церкви в Лидсе.
Пристли не очень-то интересовался наукой, но все изменилось после его встречи с первым и единственным Бенджамином Франклином одним из самых видных ученых тех дней, когда тот ехал в Лондон в 1766 году. Франклин разбудил в Пристли интерес к науке и они стали друзьями на всю жизнь. Под влиянием Франклина Пристли стал проводить любительские исследования электричества (Франклин специализировался на электричестве).
Через год после встречи с Франклином, Пристли сделал свое первое крупное открытие, он установил, что графит может проводить электричество. Это конечно звучит не очень внушительно, однако, стоить вспомнить, что углерод является главным компонентом современных резисторов. В тот же год Пристли написал "Историю электричества".
Теперь давайте вспомним, что Пристли был пастором в Лидсе. Он жил поблизости от пивоварни и его очень заинтриговал "воздух", поднимающийся от бродящей барды.
Пристли был на пороге того, чтобы стать величайшим химиком всех времен.
В первом эксперименте он смог установить, что газ, выделяемый при брожении, препятствует горению. Он также заметил, что наибольшая концентрация газа наблюдается у земли, т.е. он тяжелее воздуха. Этот газ позже будет определен, как диоксид углерода.
Он придумал как производить этот газ у себя в лаборатории. Когда тяжелый газ (как он его называл) был растворен в воде, он обнаружил, что вода приобрела очень приятный и резкий вкус. За открытие газировки он был принят в французскую Академию Наук в 1772 и получил медаль Королевского Общества в 1773.
Он придумал газированные напитки! По-моему этого достаточно чтобы назвать его гением.
В 1772, Пристли совершил еще одно важное открытие. Он поместил побег зеленого растения в специальный контейнер, затем поставил в него зажженную свечу и загерметизировал контейнер. Свеча сгорела полностью. Позже Пристли посадил в подобную конструкцию мышь и она осталась жива после того как догорела свеча. Т.е. он стал первым кто доказал что зеленые растения забирают из воздуха углекислый газ и выделяют кислород.
Пристли продолжал эксперименты с газами. Он создал прибор для того, чтобы концентрировать газы над ртутью. Вообще-то ртуть при комнатной температуре представляет собой жидкость с высокой плотностью. Поэтому ртуть не будет абсорбировать газы столь же легко как вода. Пристли помещал различные вещества на поверхность ртути и запечатывал стеклянный сосуд в котором находилось это месиво. Далее с помощью линзы он нагревал вещества на ртути.
При одном из первых экспериментов с использованием этого приспособления (в 1772 году) был получен новый газ - закись азота. Очень скоро был обнаружен интересный эффект который он оказывает на людей, так что мы обязаны Пристли открытием веселящего газа . Позднее закись азота стала первым анестетиком применяемым при хирургических операциях. Кстати, а разве удобно оперировать, когда пациент постоянно хохочет?
В 1774, Пристли поместил оксид ртути в эту камеру для экспериментов. Когда он проводил опыты с полученным газом, то увидел, что свеча разгорается в нем сильнее, тогда как все газы полученные им ранее препятствовали горению. Пристли открыл то, что позже назовут кислородом.
Позже, проводя наблюдения за зелеными растениями, которые прорастали на стенках стеклянных сосудов, Пристли установил, что при помещении на солнечный свет они выделяют газ сходный с тем, который получался при экспериментах с оксидом ртути. Так Пристли задокументировал процесс фотосинтеза.
Пристли рассказал французскому химику Антуану Лавуазье о своем открытии. Лавуазье повторил его эксперименты и позднее на их основании доказал неправильность теории флогистонов, которая гласила что горение представляет собой процесс выделения неких частиц - флогистонов, с ее помощью в то время объясняли природу горения. Лавуазье назвал газ - кислородом. Далее Лавуазье обобщил свои открытия в знаменитый Закон сохранения материи, который гласит: материя не уничтожается и не создается, а переходит из одной формы в другую.
Итак, подведем итоги. Пристли открыл, что графит является проводником электричества; выделил и определил свойства закиси азота, диоксида углерода и кислорода; изобрел газировку; определил, что газы участвуют в метаболизме растений (это начало биохимии) и впервые исследовал эффект фотосинтеза.
Этот список достижений гарантирует любому место в истории, но Пристли на этом не остановился. Он так же первым выделил и описал свойства диоксида серы, сульфида водорода, аммиака и одноокиси углерода. Добавьте в список разложение аммиака с помощью электричества в 1781.
15 апреля 1770 года он совершил открытие, которое является одним из самых полезных для обычного человека. Оказалось, что с помощью каучука можно стирать пометки сделанные свинцовым карандашом. Кроме того он дал материалу его повседневное (англоязычное) название - rubber (резина).
Нонконформистские религиозные и политические взгляды Пристли в конце концов привели его к неприятностям. Его книга История разложения христианства (1782) была сожжена по приказу властей в 1785. Из-за его поддержки французских и американских революционеров его дом в Бирмингеме и церковь были сожжены разъяренной толпой в 1791. Он переехал в Лондон, но преследования продолжились.
Наконец, в 1794, Пристли и его семья иммигрировали в США. Там он поселился в Норсамберленде (Northumberland), Пенсильвании и вернулся к спокойной жизни и своей работе. Джозеф Пристли умер у себя дома 6 февраля 1804 года.
Многие люди науки понимают, что Пристли не был настоящим ученым - он был любителем. Часто он не понимал важность собственных открытий. Сейчас же мы можем утверждать, что его достижения легли в основу исследований почти всех ученых которые были после него.
ДАЛЬТОН Джон
(6.IX.1766 - 27.VII.1844)
Джон Дальтон родился в бедной семье, обладал большой скромностью и необычайной жаждой знаний. Он не занимал никакой важной университетской должности, был простым учителем математики и физики в школе и колледже.
Дальтон открыл газовые законы физики, а в химии - закон кратных отношений, составил самую первую таблицу относительных атомных масс и создал первую систему химических знаков для простых и сложных веществ.
Джон Дальтон - английский химик и физик, член Лондонского королевского общества (с 1822 г.). Родился в Иглсфилде (Кумберленд). Образование получил самостоятельно.
В 1781-1793 гг. - учитель математики в школе в Кендале, с 1793 г. преподавал физику и математику в Новом колледже в Манчестере.
Основные научные исследования до 1800-1803 гг. относятся к физике, более поздние - к химии.
Проводил (с 1787 г.) метеорологические наблюдения, исследовал цвет неба, природу тепла, преломление и отражение света. В результате создал теорию испарения и смешения газов.
Описал (1794 г.) дефект зрения, названный дальтонизмом.
Открыл три закона, составивших сущность его физической атомистики газовых смесей: парциальных давлений газов (1801 г.), зависимости объема газов при постоянном давлении от температуры (1802 г., независимо от Ж. Л. Гей-Люссака) и зависимости растворимости газов от их парциальных давлений (1803 г.) Эти работы привели его к решению химической проблемы соотношения состава и строения веществ.
Выдвинул и обосновал (1803-1804 гг.) теорию атомного строения, или химическую атомистику, объяснившую эмпирический закон постоянства состава.
Теоретически предсказал и открыл (1803 г.) закон кратных отношений: если два элемента образуют несколько соединений, то массы одного элемента, приходящиеся на одну и ту же массу другого, относятся как целые числа.
Составил (1803 г.) первую таблицу относительных атомных масс водорода, азота, углерода, серы и фосфора, приняв за единицу атомную массу водорода.
Предложил (1804 г.) систему химических знаков для "простых" и "сложных" атомов.
Проводил (с 1808 г.) работы, направленные на уточнение отдельных положений и разъяснение сущности атомистической теории.
Автор труда "Новая система химической философии" (1808-1810 гг.), пользующегося всемирной известностью.
Член многих академий наук и научных обществ.