Периодический закон Д.И. Менделеева

Основоположником системного подхода в химии стал русский химик Дмитрий Иванович Менделеев. Во время работы конгресса он находился в Германии и работал над диссертацией. Он, естественно, был на конгрессе и слушал речь Канниццаро, в которой тот четко изложил свою точку зрения на проблему атомного веса. Вернувшись в Россию после конгресса, Менделеев приступил к изучению элементов и обратил особое внимание на периодичность изменения валентности у элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов.

Менделеев считал, что любое точное знание составляет систему, в основе которой должен быть единый основополагающий принцип. В качестве такого системообразующего принципа он выбрал атомный вес, полагая, что тот является главной характеристикой всех химических элементов.

Основываясь на увеличении и уменьшении валентности элементов в соответствии с их атомным весом, Менделеев разделил элементы на периоды (отсюда – «периодическая система элементов»). Первый период включал только один водород, затем следовали два периода по семь элементов в каждом а затем шли периоды, содержащие более семи элементов. Такая периодическая система элементов была яснее и нагляднее, чем график. Благодаря форме таблицы мировое сообщество ученых отдало приоритет в открытии периодической системы именно Менделееву, а не другим ученым, которые к тому времени также систематизировали элементы, но в других формах.

Однако во времена Менделеева было известно всего 62 химических элемента. Поэтому в таблице оказались пустые клетки (пробелы). Наличие этих пробелов ученый объяснил не несовершенством самой таблицы, а тем, что соответствующие элементы не были еще открыты. В 1869 г. Менделеев опубликовал свою таблицу, оставляя пустые места там, где это подсказывал периодический закон.

Периодический закон позволил Менделееву предсказать существование новых, еще не открытых элементов, а также с большой точностью описать их свойства – атомную массу, удельный вес, теплоемкость, температуру плавления и кипения, а также свойства некоторых соединений этих элементов. Так, он предположил существование неизвестных тогда аналогов бора, алюминия и кремния – экабора, экаалюминия и экасилиция. Все предсказанные великим ученым элементы действительно были вскоре открыты химиками. Ими оказались галлий, скандий и германий. Метод Менделеева по предсказанию свойств еще не открытых элементов с успехом применялся его последователями и в более поздние годы. Кроме того, периодический закон позволил Менделееву обнаружить ошибки в определении атомной массы урана и некоторых других элементов, у которых ранее найденное значение атомной массы оказалось в два раза меньше действительной, и поправил значения атомных масс некоторых других элементов, например титана.

Хотя классификация Менделеева была выдающимся научным достижением, получила широкое признание и стала подлинно научной системой химических знаний, она не была идеальной и совершенной. В ней существовало большое число так называемых исключений. Это касается ряда лантаноидов и актиноидов (по 14 элементов), они помещены в шестой и седьмой периоды и в третий столбец. Эти и другие недостатки вызвали многочисленные попытки пересмотреть таблицу, и в настоящее время разработано более 200 ее вариантов. Правда, по устоявшейся традиции таблица сохраняется в первоначальном виде.

По мере совершенствования периодическая таблица элементов завоевывала у химиков всеобщий авторитет, так как объясняла многие факты, а самое главное, указывала на существование глубокой зависимости между различными элементами, выводила свойства химических элементов из их порядкового номера в таблице Менделеева.

Химия XX века

В конце XIX в. началась вторая глобальная научная революция. Физики открыли сложную структуру атома, рентгеновские лучи, явление радиоактивности, а также первую элементарную частицу – электрон. Эти открытия не могли не сказаться на развитии химии.