Во время контрольной или экзаменов списывать и пользоваться шпаргалками нельзя — это знает каждый школьник. И тем не менее, шпаргалка по химии висит на стене каждого химического кабинета и называется она Периодическая система, или таблица Менделеева. Конечно же, эту таблицу создавали не для того, чтобы она служила подсказкой на экзамене, но в ней на видном месте действительно сконцентрировано большинство знаний о химии. Давай посмотрим, как появилась и развивалась визитная карточка химии, полуторавековой юбилей которой человечество отмечало в том году.

У истоков современной химии

В древности и в Средние века люди знали лишь несколько химических элементов, поэтому без особого труда придумали, как систематизировать их. Так, алхимики, усмотрев мистическую связь между семью известными в то время металлами и семью самыми яркими объектами на небе, свели систематизацию к стишку: «Семь металлов создал Свет по числу семи планет», и на этом успокоились, долго считая, что больше семи металлов в мире существовать не может. Зачастую это приводило к нелепым ситуациям: испанские конкистадоры, найдя в золотоносных копях Южной Америки платину, посчитали, В 1789 году французский химик Антуан Лавуазье ввел в науку понятие «элемент», определив его как вещество, которое нельзя разложить на более простые составляющие. Были найдены основные элементы, входящие в состав воздуха — азот и кислород. Химия стала очень быстро развиваться, и к середине XIX века ученые знали о существовании уже шестидесяти химических элементов.

Чтобы стать наукой

С начала XIX века химики пытались найти закономерности в свойствах химических элементов и образованных ими веществах. Зачем это делалось?
Не секрет, что наука становится наукой только тогда, когда в ней появляется набор закономерностей, и конечно же, химикам хотелось, чтобы в их любимой науке тоже нашлась какая-то основополагающая закономерность. Так, немецкий химик Иоганн Дёберейнер сгруппировал элементы, близкие по свойствам, в триады-тройки, но его система не работала, если появлялся четвертый химический элемент с близкими свойствами. Французский геолог Александр Шанкуртуа построил свою систему, расположив элементы по порядку от более легких к тяжелым, и увидел, что элементы, массы которых отличаются на 16 атомных единиц массы, близки по физическим свойствам и реакциям, в которые они вступают. Однако из-за сложности построения (элементы Шанкуртуа расположил по спирали) и того, что этот ученый был не химиком, а геологом, его работы не были замечены современниками.
Наконец, к 1869 году появилось два очень близких подхода к систематизации химических элементов — таблица Дмитрия Ивановича Менделеева и таблица немецкого химика Лотара Юлиуса Мейера. В обеих таблицах элементы располагались в соответствии с увеличением атомного веса, при этом близкие по свойствам элементы стояли в одних и тех же вертикальных рядах (сейчас мы называем их группами), и оставались пустые ячейки для элементов, которые еще не были известны ученым. Какое-то время вклад Менделеева и Мейера в систематизацию элементов считали равным: в 1882 году Лондонское королевское общество присудило сразу две золотые медали «За открытие периодических соотношений атомных весов» — и Менделееву, и Мейеру. Почему же сейчас химики всего мира связывают периодический закон только с Менделеевым?

Предсказание без магии

Дело в том, что Менделеев, в отличие от Мейера, не просто оставил пустые клетки в таблице, чтобы поместить в них новые элементы тогда, когда их найдут, а выявив закономерности между свойствами уже открытых элементов, предсказал свойства элементов ещё неизвестных: оценил их атомные веса, температуры плавления, сделал прогнозы относительно внешнего вида и химических реакций, в которые они должны вступать. Поначалу к предсказаниям Менделеева отнеслись скептически — многие даже советовали ему «заняться настоящим делом». В те времена считалось, что ученый должен изучать и описывать то, существование чего строго доказано, а предсказания и прогнозы — удел фокусников и гадалок.
Однако оказалось, что Менделеев прав: свойства галлия, скандия и германия — металлов, открытых после создания таблицы, были именно такими, как предсказывал Дмитрий Иванович. Именно это и изменило отношение к открытию Менделеева. Стало ясно, что периодический закон — не просто способ систематизировать уже известные элементы, а мощный инструмент, позволяющий обобщить не только информацию о элементах известных, но и о тех, которые еще скрыты от взора ученых. После того как открытие предсказанных Менделеевым элементов доказало верность его рассуждений, изменилась и сама наука: химики, физики, астрономы, биологи стали использовать законы науки для прогнозов свойств и поведения объектов своих исследований, не боясь, что их упрекнут в том, что они занимаются «не тем».
Менделеев добавлял в таблицу новые, не известные ранее элементы. Самой сложной проверкой на прочность периодического закона стало открытие целой семьи элементов — инертных, или, как их еще называют, благородных газов. Уильям Рамзай, первым обнаруживший аргон и гелий на Земле (кстати, поначалу не все ученые считали эти газы новыми элементами), с помощью периодического закона предсказал температуры кипения остальных членов этой «химической семьи» и в течение года открыл недостающие неон, криптон и ксенон. После этого открытия Дмитрий Иванович провел последнюю прижизненную редакцию своей таблицы, добавив в нее дополнительную группу со свежеоткрытыми элементами.

От таблицы к системе

Почему же сейчас чаще говорят «Периодическая система», а не «таблица Менделеева»? Это произошло из-за того, что после смерти Менделеева в 1907 году его детище продолжило меняться, но уже силами других ученых. Начнем с того, что, открыв периодический закон, Дмитрий Иванович, справедливо полагал, что должны быть какие-то причины, объясняющие, почему этот закон работает. Увы, понять это ученые смогли только в 1920 году, после смерти Менделеева, когда выяснились принципы строения атомов и было установлено, что свойства химического элемента определяются числом электронов, расположенных в оболочках атома. Современное отображение периодического закона — Периодическая система — значительно отличается от менделеевской таблицы не только количеством химических элементов (сейчас их 118), но и своей структурой, которая делает её еще более понятной и удобной в использовании. Правда ООН Международный союз теоретической и прикладной химии планирует увековечить память создателя периодического закона в названии «Периодическая система химических элементов имени Дмитрия Менделеева». Но как бы ни называлась таблица, она и дальше будет помогать школьникам и студентам изучать химию, а ученым — делать новые открытия.