Все матеріальне, що оточує нас в природі, чи то космічні об'єкти, звичайні земні предмети чи живі організми, що складається з речовин. Різновидів їх існує багато. Ще в давнину люди помітили, що вони здатні не тільки змінювати свій фізичний стан, але і перетворюватися в інші речовини, наділені іншими властивостями в порівнянні з початковими. Але ось закони, згідно з якими відбуваються подібні перетворення матерії, людина зрозумів не відразу. Для того щоб зробити це, необхідно було правильно виявити основу речовини і класифікувати існуючі в природі елементи. Подібне стало можливим лише в середині XIX століття з відкриттям періодичного закону. Історії його створення Д. І. Менделєєвим передували довгі роки роботи, а формування даного роду знань сприяв багатовіковий досвід всього людства.

Коли були закладені основи хімії?

Умільці античних часів досить досягли успіху в лиття та плавці різних металів, знаючи безліч секретів їх трансмутації. Вони передали свої знання і досвід нащадкам, які використовували їх аж до часів Середньовіччя. Вважалося, що неблагородні метали цілком можливо перетворити в цінні, що, власне, і було основним завданням хіміків аж до 16-го століття. В сутності, подібної ідеї були закладені ще філософсько-містичні уявлення давньогрецьких вчених про те, що вся матерія будується з якихось «першоелементів», здатних перевтілюватися один в інший. Незважаючи на гадану примітивність такого підходу, він зіграв свою роль в історії відкриття Періодичного закону.

Панацея і біла тинктура

Займаючись пошуком першооснови, алхіміки свято вірили в існування двох фантастичних речовин. Одним з них був прославлений в легендах філософський камінь, іменований також життєвим еліксиром або панацеєю. Вважалося, що подібний засіб не тільки було безвідмовним способом перетворення в золото ртуті, свинцю, срібла і інших речовин, але також служило чудодійним універсальним ліками, які зціляють будь-які людські недуги. Інший елемент, який носив назву білої тинктури, не ставився до розряду таких ефективних, але наділявся здатністю перетворювати в срібло інші речовини. Розповідаючи передісторію відкриття періодичного закону, неможливо не згадати про знаннях, накопичених алхіміками. Вони уособлювали собою зразок символічного мислення. Представники цієї полумистической науки створили якусь хімічну модель світу і процесів, що відбуваються в ньому на космічному рівні. Прагнучи зрозуміти суть всіх речей, вони докладно записували лабораторні прийоми, обладнання та відомості про хімічну посуді, з великою ретельністю і старанністю ставлячись до передачі свого досвіду колег і нащадкам.

Потреба в класифікації

Значних за обсягом відомостей про різних хімічних елементах до XIX століття було накопичено достатньо, що породило природну необхідність і бажання вчених їх систематизувати. Але для проведення подібної класифікації потрібні додаткові експериментальні дані, а також не містичні, а реальні знання про будову речовин і суті основи пристрою матерії, яких поки що не було. До того ж наявні відомості про значення атомних мас відомих у ті часи хімічних елементів, на основі яких проводилася систематизація, не відрізнялися особливою точністю.
Але спроби класифікації в середовищі дослідників неодноразово робилися ще задовго до усвідомлення істинної суті речей, складовою нині основу сучасної науки. А у зазначеному напрямку працювали багато вчених. Розповідаючи коротко про передумови відкриття періодичного закону Менделєєва, слід згадати про приклади подібних об'єднань елементів.

Тріади

Вчені тих часів відчували, що властивості, що проявляються найрізноманітнішими речовинами, що знаходяться в безсумнівною залежності від величин їх атомних мас. Розуміючи це, хімік з Німеччини Йоганн Деберейнер запропонував свою систему класифікації елементів, складових основу матерії. Сталося це в 1829 році. І подія це було досить серйозним поступом у науці для того періоду її розвитку, а також важливим етапом в історії відкриття періодичного закону. Деберейнер згрупував відомі елементи спільноти, давши їм назву «тріади». За існуючої системи при цьому маса крайніх елементів виявлялася дорівнює середньому від суми атомних мас того члена групи, який знаходився між ними.

Спроби розширити межі тріад

Недоліків у згаданій системі Деберей було достатньо. Наприклад, у ланцюжку барію, стронцію, кальцію відсутній подібний з ними за будовою і властивостями магній. А в співтоваристві телуру, селену, сірки не вистачало кисню. Багато інші схожі речовини також не вдалося класифікувати згідно системі тріад. Зазначені ідеї намагалися розвивати багато інші хіміки. Зокрема німецький вчений Леопольд Гмелін прагнув розсунути "тісні" рамки, розширивши групи класифікуються елементів, розподіливши їх у порядку еквівалентних ваг і електронегативність елементів. Його структури утворювали не тільки тріади, але і зошити, пентади, але німецькому хіміку так і не вдалося вловити суть періодичного закону.

Спіраль де Шанкуртуа

Ще більш складну схему побудови елементів придумав Олександр де Шанкуртуа. Він розташував їх на площині, згорнутої в циліндр, розподіливши по вертикалях з нахилом в 45° в порядку возрастаниях атомних мас. Як передбачалося, по лініях, паралельним осі даної об'ємної геометричної фігури, повинні були розташовуватися речовини з подібними властивостями. Але на ділі ідеальної класифікації не вийшло, так як на одну вертикаль іноді потрапляли аж ніяк не споріднені елементи. Наприклад, поруч з лужними металами виявився зовсім іншого хімічного поведінки марганець. І в одну компанію " потрапили сірка, кисень і зовсім з ними не схожий елемент титан. Однак така схема теж внесла свою лепту, зайнявши своє місце в історії відкриття періодичного закону.

Інші спроби створення класифікацій

Слідом за описаними свою систему класифікації запропонував Джон Ньюлендс, помітивши, що схожість у властивостях елементів, розставлених у відповідності зі збільшенням атомної маси, проявляє кожен восьмий член з отриманого ряду. Знайдену закономірність вченому прийшло в голову порівняти з структурою розташування музичних октав. При цьому він привласнював кожному з елементів свій порядковий номер, розташовуючи їх горизонтальними рядами. Але подібна схема знову не вийшла ідеальною і була оцінена дуже скептично наукових колах. З 1964 до 1970 рр. таблиці, що упорядковують хімічні елементи, створювали також Одлинг і Мейер. Але подібні спроби знову мали свої недоліки. Все це відбувалося вже напередодні відкриття Менделєєвим періодичного закону. А деякі праці з недолугими спробами класифікації публікувалися навіть після того, як таблиця, який ми користуємося і по сей день, була представлена світу.

Біографія Менделєєва

Народився геніальний російський вчений в місті Тобольську в 1834 році в родині директора гімназії. У будинку, крім нього, було ще шістнадцять братів і сестер. Не обділений увагою, як наймолодший з дітей, Дмитро Іванович з самого незначного віку вражав всіх незвичайними здібностями. Батьки, незважаючи на труднощі, прагнули дати йому найкращу освіту. Так, Менделєєв закінчив спершу гімназію в Тобольську, а потім Педагогічний інститут у столиці, зберігши при цьому в душі глибокий інтерес до наук. І не тільки хімії, але й до фізики, метеорології, геології, технології, приладобудування, повітроплавання та іншим. Незабаром Менделєєв захистив дисертацію і став доцентом Петербурзького університету, де читав лекції з органічної хімії. У 1865 році він представив колегам свою докторську на тему «Про з'єднання спирту з водою». Роком відкриття періодичного закону став 1969 р. Але цього досягнення передувало 14 років напруженої роботи.

Про велике відкриття

Враховуючи помилки, неточності, а також позитивний досвід колег, Дмитро Іванович зумів систематизувати хімічні елементи самим зручним способом. Він також зауважив періодичну залежність властивостей сполук та простих речовин, їх форми від значення атомних мас, про що і йдеться у формулюванні періодичного закону, даного Менделєєвим. Але такі прогресивні ідеї, на жаль, далеко не відразу знайшли відгук в серцях навіть російських вчених, які прийняли цю інновацію вельми насторожено. А в середовищі діячів зарубіжної науки, особливо в Англії та Німеччині, закон Менделєєва і зовсім знайшов найбільш затятих супротивників. Але незабаром положення змінилося. Що ж стало причиною? Геніальна сміливість великого російського вченого через деякий час з'явилася світу в доказах його блискучі здібності наукового передбачення.

Нові елементи в хімії

Відкриття періодичного закону і структура періодичної таблиці, створеної ним, дозволили не тільки здійснити систематизацію речовин, але і зробити низку передбачень про наявність у природі багатьох невідомих в ті часи елементів. Саме тому Менделєєву вдалося втілити на практиці те, що до нього не вдавалося іншим вченим. Минуло лише п'ять років, і здогадки великого російського хіміка почали підтверджуватися. Француз Лекок де Буабодран відкрив новий метал, який назвав галій. Його властивості виявилися дуже схожими з передбаченим Менделєєвим в теорії экаалюминием. Дізнавшись про це, представники вченого світу тих часів були приголомшені. Але на цьому дивовижні факти зовсім не закінчилися. Далі шведом Нильсоном був виявлений скандій, гіпотетичним аналогом якого виявився экабор. А близнюком экасилиция став відкритий Вінклером германій. З тих самих пір закон Менделєєва почав утверджуватися й набувати все нових прихильників.

Нові факти геніального передбачення

Творець періодичної системи настільки захопився красою своєї ідеї, що взяв на себе сміливість зробити деякі припущення, правомірність яких пізніше самим блискучим чином підтвердилася практичними науковими відкриттями. Приміром, деякі речовини Менделєєв розмістив у своїй таблиці зовсім не відповідно до зростання атомних мас. Він передбачав, що періодичність в більш глибокому сенсі спостерігається все-таки не тільки в зв'язку із зростанням атомної ваги елементів, а ще й з іншої причини. Великий вчений здогадався, що маса елемента залежить від кількості в його будові якихось більш елементарних частинок. Таким чином, відкриття Менделєєвим періодичного закону деяким чином наштовхнуло представників науки на думку про складових атома. А вчені незабаром наступив 20-го століття – століття грандіозних відкриттів - багаторазово переконалися, що властивості елементів залежать від величини зарядів атомних ядер і його будови електронної оболонки.

Періодичний закон і сучасність

Таблиця Менделєєва, залишаючись незмінною у своїй основі, згодом багаторазово доповнювалася і перероблялася. В ній утворилася так звана нульова група елементів, що включає в себе інертні гази. Успішно вирішена була також проблема розміщення рідкоземельних елементів. Але незважаючи на доповнення, значення відкриття періодичного закону Менделєєва в первісному варіанті переоцінити досить важко. Пізніше, з відкриттям електронів і явища радіоактивності, були до кінця зрозумілі причини успіху подібної систематизації, а також періодичності властивостей елементів різних речовин. Незабаром у зазначеній таблиці знайшли своє місце також ізотопи радіоактивних елементів. Основою класифікації численних членів осередків став атомний номер. А в середині XX століття остаточно була обґрунтована послідовність розташування елементів, у таблиці, залежить від заповнення орбіталей атомів пересуваються з величезною швидкістю навколо ядра електронами.