На главную


ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ

ПЛЕННИКИ НЕВИДИМОЙ КРЕПОСТИ

Открытие мирового значения

В 1869 году великий русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев совершил открытие мирового значения.
Изучая различные особенности химических элементов — их способность вступать в соединение друг с другом, их плотность, электропроводность и прочее,— Менделеев обратил внимание, что среди них встречаются элементы, очень похожие друг на друга. Медь по своим свойствам родственна серебру — оба эти металла хорошо проводят тепло и электрический ток. А у серебра есть сходство с золотом.
Легкоплавкое и мягкое олово напоминает легкоплавкий и мягкий свинец.
Всем известный иод с его характерным запахом, фиолетовый в парообразном состоянии и буро-коричневый в растворе, похож на бром — вещество буро-красного цвета, очень едкое, с неприятным удушливым запахом, которому оно обязано своим названием (бром в переводе с греческого означает зловонный). Ближайшими родственниками брома являются — хлор, удушливый ядовитый газ зеленовато-желтого цвета и двойник хлора — фтор, газ желтовато-зеленого цвета с резким и неприятным запахом.
Таким образом у каждого химического элемента имеются по два-три (а иногда и больше) «родственника». Но эти «родственники» сильно отличаются друг от друга по одному признаку — по атомному весу.
Атомным весом называется отношение, показывающее во сколько раз вес одного атома химического элемента больше одной шестнадцатой доли веса атома кислорода.
Если же взять элементы близкие друг другу по атомному весу, то опять наблюдается несомненная закономерность. Вот, например, натрий — это очень горючий металл. Он горит даже в воде, отнимая у нее кислород.
Его сосед по весу — магний — тоже горючий металл, его употребляют фотографы в качестве осветительного материала. Но магний загорается гораздо хуже натрия. Горюч и алюминий, сосед магния по весу, но спичкой его уже не подожжешь. Его приходится предварительно измельчать в порошок. В таком виде он входит в состав «термита», которым сваривают трамвайные рельсы.
Д. И. Менделеев с гениальной прозорливостью понимал, что сходство элементов не может быть случайным. В этом сходстве несомненно скрывается важная закономерность, и великий химик занялся поисками природы этой закономерности.
Для удобства работы ученый выписал названия химических элементов, их атомные веса и основные свойства на небольших кусочках картона. У него получилось 63 карточки, по числу известных в то время химических элементов.
Хотя многие из элементов тогда еще не были открыты, но закон, по которому повторяются сходные свойства, Менделеев установил.
В настоящее время известно сто элементов. Первым в списке стоит самый легкий элемент — водород, за ним следуют все остальные элементы, расположенные в порядке возрастающих атомных весов. К концу 1951 года список элементов замыкал уже вновь открытый элемент № 100 — центурий.
Для примера рассмотрим группу лития — натрия — калия. Все эго легкие, блестящие металлы. Если кусок калия или натрия бросить в воду, вспыхивает пламя. Металл разлагает воду на водород и кислород, жадно соединяясь с кислородом. Его окисел, растворяясь в воде, образует щелочь. Реакция идет так бурно, с таким выделением тепла, что и металл и водород загораются и пылают над водой. По своим химическим свойствам литий, натрий и калий необычайно похожи друг на друга. И в списке элементов они занимают определенные места: литий — третье, натрий — одиннадцатое, калий — девятнадцатое, то есть их разделяют восемь номеров.
Члены другого семейства химических элементов — фосфор, мышьяк и сурьма — ядовиты, хрупки, и в списке они отделены друг от друга восемнадцатью номерами. Точно также восемнадцатью номерами отделены хлор от брома и бром от иода. Между этими элементами также есть много общего.
Свойства более Тяжелых элементов повторяются не через 8 или 18 номеров, а через 32 номера. На тридцать втором месте от олова стоит свинец. Золото от серебра отделено также 32 номерами.
8, 18, 32 — числа, явно связанные со свойствами элементов. Каждый восьмой, или восемнадцатый, или тридцать второй повторяют некоторые особенности своих более легких предшественников по списку. При этом следует обратить внимание, что и в этих числах 8, 18, 32 скрыта своя определенная математическая закономерность. 8 — это дважды два, помноженное на два. 18 — трижды три, помноженное на два. 32 — это четырежды четыре, помноженное на два.
Тут есть над чем призадуматься. Даже в порядковых номерах элементов, если они расположены по атомным весам, таится какой-то определенный и точный закон.

Периодическая система элементов

Менделеев открыл существование этого закона и доказал, что химические свойства элементов повторяются периодически, то есть через определенное число элементов, и образуют отдельные группы.
Чтобы значение установленного закона было очевидным и наглядным, Менделеев расположил все элементы в виде таблицы. Получилась знаменитая, всемирно известная «таблица периодической системы элементов».
В горизонтальных рядах таблицы элементы размещены в порядке последовательного изменения их свойств от металлов к металлоидам. В вертикальных столбцах они стоят по родственным признакам. Натрий расположился под литием, калий под натрием. Фосфор, мышьяк и сурьма сошлись в пятом столбце, а фтор, хлор, бром, иод — в седьмом.
Размещая карточки с названиями элементов в найденном порядке, Менделеев убедился, что атомные веса, которые были определены другими химиками, не всегда верны.
Атомный вес бериллия был указан — 13,5. Это невозможно! Бериллий гю своим свойствам родственен магнию. Он должен стоять в вертикальном столбце над магнием. Следовательно, бериллий легче бора. И Менделеев, не прикасаясь к весам или к каким-либо приборам, действуя только на основании открытого им закона, зачеркивает 13,5 и пишет — 9.
Точно так же Менделеев исправил атомные веса урана, ванадия, церия, титана.
При размещении всех известных тогда элементов некоторые клетки Менделееву пришлось оставить не занятыми. Значит еще не все элементы обнаружены — сделал вывод Менделеев. Со временем «хозяева» пустующих клеточек найдутся!
И хотя никто в мире даже не подозревал о существовании новых элементов, Менделеев заранее указал их свойства и атомные веса.
Многие ученые встретили установленный Менделеевым закон с явным недоверием. Русский химик, открывает новые элементы вне лаборатории, взвешивает их без весов! Он предсказывает свойства элементов без анализа, даже не видя их!
В 1875 году поступило первое сообщение: нашелся один из предсказанных Менделеевым элементов. Его свойства и атомный вес почти в точности соответствовали предначертаниям Менделеева.
Тогда химики стали проверять атомные веса элементов. Опять оказалось, что Менделеев прав, действительно атомный вес бериллия равен 9, а уран должен занять свое место не в середине списка, как раньше, а в самом конце его.
В 1879 году открыли еще один менделеевский элемент. Затем нашли третий элемент!
Это была замечательная победа русского ученого и всей русской науки! Слава Менделеева прогремела по всему миру. Ученые оценили все величие и значение трудов Менделеева.
Менделеев помог разоблачить гнилое идеалистическое учение о непознаваемости природы. Своим открытием Менделеев доказал, что настоящий ученый обязан не только видеть, но и предвидеть факты.
Именно поэтому Фридрих Энгельс оценил открытие Менделеева как «великий научный подвиг».
Таблица Менделеева стала настольным пособием всех химиков, физиков, геологов. С ее помощью стали искать новые элементы и не наугад, а заранее зная не только их свойства, но даже горные породы, в которых они могут содержаться.
Закон Менделеева признали все. Его изучали, применяли, постоянно убеждались в его непреложности. И вместе с тем — это был закон-загадка. Почему свойства элементов повторяются с математической правильностью? В чем скрыта причина периодичности?

Планетарная модель атома

Через 15 лет после опубликования закона Менделеева, известный русский ученый и революционер Н. А. Морозов указал, что причину периодичности свойств элементов следует искать в числе электрических зарядов, заключенных в атоме. Это замечательное предвидение оправдалось только в начал© нашего столетия, когда ученые получили некоторое представление об устройстве атома.
Атомы чрезвычайно малы. В пяти каплях воды содержится атомов больше, чем капель в Черном море. Чтобы напечатать в этой книге только одну точку, был израсходован миллиард атомов углерода, входящего в состав типографской краски.
Несмотря на столь незначительные размеры атом имеет весьма сложное строение.
Первая разведка внутриатомного мира была сделана в начале нашего века. Ученые старались придумать модель атома, которая позволила бы наглядно представить его строение.
Самая первая из моделей атома была крайне проста, Атом — это шарик заряженный положительно, внутри которого, как семечки в огурце, расположены электроны,— утверждал автор этой гипотезы. Однако были обнаружены явления, которые никак не согласовались с такой моделью. Было найдено, что альфа-частица из радиоактивного вещества, пролетая в воздухе, пронизывает сотни тысяч атомов, почти не отклоняясь от своего пути. И только изредка она резко меняет направление, как бы натолкнувшись на что-то непроницаемое. Значит, атом нельзя представлять себе как шарик, сплошь заполненный веществом.
Вторая модель атома называется планетарной.
Еще в сороковых годах прошлого столетия, профессор М. Г. Павлов в своих лекциях по физике утверждал, что строение вещества связано с электрическими зарядами и что химические элементы имеют строение, подобное устройству солнечной системы.
Впоследствии эта забытая гипотеза была воссоздана и разработана англичанином Резерфордом и датчанином Бором. Их модель изображала атом в виде крохотной планетной системы. В центре атома находится маленькое, но массивное, положительно заряженное ядро, представляющее собой «солнце» атомного мира. Вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца, обращаются по своим орбитам электроны.
Планетарная модель атома больше похожа на действительный атом, чем первая.
Однако, наряду с некоторым сходством в устройстве атома и солнечной системы, между ними существует большая разница.
В солнечной системе действует сила тяготения. В атоме действуют иные силы. Ядро атома несет положительный заряд, а электроны являются простейшими отрицательными зарядами.
В солнечной системе планеты обращаются вокруг Солнца почти в одной плоскости. В атоме электроны вьются вокруг ядра по всем направлениям, охватывая ядро со всех сторон.
Планеты не могут переходить с одной орбиты на другую или, покинув солнечную систему, перекочевывать в другие планетные системы. Электроны же под влиянием внешнего воздействия — ударов других частиц материи — могут перескакивать с орбиты на орбиту и даже совсем покидать атом, превращаясь в «вольных путешественников».
Наконец, атом в 1022 раз меньше солнечной системы. Такая огромная разница в масштабах обусловливает глубочайшие качественные различия между солнечной системой и атомом. Механика атома настолько отличается от механики больших тел, что, в сущности, вообще нельзя говорить об орбитах электронов. Мы можем только сказать, что ядро атома окружено электронным облачком или электронной оболочкой.
Электроны внутри оболочки размещены слоями, на определенных расстояниях или уровнях от ядра атома, и современная физика позволяет только указать, сколько электронов находится в каждом слое электронной оболочки атома данного элемента.
Следует, однако, сказать, что для наглядного объяснения многих явлений можно все же представлять атом в виде ядра, окруженного электронами, движущимися по определенным орбитам. Нужно только помнить, что в действительности атом гораздо сложней такой упрощенной модели.


предыдущая страница оглавление следующая страница