Менделєєв відкрив періодичний закон рік. Відкриття Д.І.Менделєєвим періодичного закону та періодичної системи

Є історія світової науки відкриття, які сміливо можна назвати революційними. Їх не так вже й багато, але саме вони виводили науку на нові рубежі, саме вони показували принципово новий підхід до вирішення поставлених завдань, саме вони мали величезне світоглядне та методологічне значення, більш глибоко та повно розкриваючи наукову картину світу. До таких можна віднести, наприклад, теорію походження видів Ч. Дарвіна, закони спадковості Г. Менделя, теорію відносності А. Ейнштейна. Періодичний закон Д.І.Менделєєва з розряду таких відкриттів.

В історії світової науки і культури ім'я Д.І.Менделєєва займає одне з найпочесніших місць у ряді найбільших корифеїв думки всіх часів та народів. Це був не тільки геніальний і різнобічний вчений, який залишив нащадкам ґрунтовні та оригінальні праці з фізики, хімії, метеорології, метрології, техніки, різним галузямпромисловості та сільського господарства, економіки, а й видатний педагог, передовий громадський діяч, який все життя присвятив невтомній праці на благо та процвітання своєї Батьківщини та науки.

Будь-яка з його робіт, будь то класичний курс Основи хімії, дослідження з теорії розчинів чи пружності газів тощо, могла б не тільки зробити ім'я вченого відомим своїм сучасникам, але й залишити значний слід в історії науки. Але все ж таки перше, про що ми думаємо, говорячи про Д. І. Менделєєва, - це відкритий ним періодичний закон і складена таблиця хімічних елементів. Вражаюча, звична чіткість таблиці Менделєєва зі шкільного підручника наших днів приховує від нас гігантську роботу вченого з усвідомлення всього, що було відкрито до нього про перетворення речовин, роботу, посильну тільки генію, завдяки якій і з'явилося відкриття, що не має собі рівних в історії науки , що стало не лише вінцем атомно-молекулярного вчення, а й широким узагальненням всього фактичного матеріалу хімії, накопиченого протягом ряду століть. Тому періодичний закон став міцною основою подальшого розвитку хімії та інших природничих наук.

Можна сказати, що шлях до цього відкриття Д. І. Менделєєв починає зі своїх перших робіт, наприклад Ізоморфізм і Питомі обсяги, в яких при вивченні взаємозв'язку властивостей із складом починає аналізувати спочатку властивості окремих елементів, потім природних груп та всіх класів сполук, включаючи прості речовини. Але найближчим часом він підходить до цієї проблеми при створенні свого підручника Основи хімії. Справа в тому, що серед наявних підручників російською та іноземними мовами жоден не задовольняв його повністю. Після Міжнародного конгресу в Карлсруе був потрібен підручник хімії, заснований на нових принципах, прийнятих більшістю хіміків і який відображає всі новітні досягнення хімічної теоріїта практики. У процесі підготовки другої частини Основ хімії було зроблено відкриття, яке мало собі рівних історія науки. Протягом двох наступних років Д. І. Менделєєв був зайнятий важливими теоретичними та експериментальними дослідженнями, пов'язаними з з'ясуванням низки питань, що виникли у зв'язку з цим відкриттям. Підсумком цієї роботи стала стаття Періодична законність хімічних елементів, опублікована 1871р. в Анналах хімії та фармації. У ньому було розроблено і послідовно викладено всі сторони відкритого їм закону, а як і сформульовані найважливіші його докладання, тобто. Д.І.Менделєєв вказав шлях спрямованого пошуку в хімії майбутнього. Після Д.І.Менделєєва хіміки знали, де і як шукати невідоме. Багато чудових учених, ґрунтуючись на періодичному законі, передбачали та описували невідомі хімічні елементи та їх властивості. Все передбачене, нові невідомі елементита їхні властивості та властивості їх сполук, закони їхньої поведінки в природі – все було знайдено, все підтвердилося. Історія науки не знає іншого такого тріумфу. Відкритий новий законприроди. Замість розрізнених, не пов'язаних між собою речовин перед наукою стала єдина струнка система, що об'єднала в одне ціле всі елементи Всесвіту.

Не тільки у відкритті нового полягав науковий завіт, залишений Д.І.Менделєєвим. Він поставив перед наукою ще більш грандіозне завдання: пояснити взаємний зв'язок між усіма елементами, між їхніми фізичними та хімічними властивостями. Після відкриття періодичного закону стало ясно, що атоми всіх елементів побудовані за єдиним планом, що їхня будова може бути тільки такою, яку визначає періодичність їх хімічних властивостей. На розвиток знань про будову атома, про природу речовин закон Д. І. Менделєєва вплинув. У свою чергу успіхи атомної фізики, поява нових методів дослідження, розвиток квантової механіки розширили і поглибили сутність періодичного закону, зберегли його актуальність і в наші дні.

Хотілося б навести слова Д.И.Менделеева, записані їм у свій щоденник 10 липня 1905г.: Мабуть, періодичному закону майбутнє не загрожує руйнацією, лише надбудови та розвитку обіцяє (Ю. Соловйов. Історія хімії).

Хімія, як жодна інша наука, придбала за останні сторіччявага та значимість. Використання практично результатів досліджень глибоко торкнулося життя людей. З цим пов'язаний у наші дні інтерес до історії хімії, а також до життя та діяльності великих хіміків, до яких, без перебільшення, належить і Дмитро Іванович Менделєєв. Він є зразком справжнього вченого, який досяг значних успіхів у будь-якій справі, за яку б він не взявся. Не можуть не викликати пошани такі риси характеру чудового російського вченого, як незалежність наукового мислення, довіра лише до результатів експериментальних досліджень, сміливість у висновках навіть тоді, коли вони вступали в суперечність із загальновизнаними уявленнями. Але не можна не погодитися, що періодичний закон і складена система елементів найзначніша його робота. Ця тема викликала в мене інтерес тому, що дослідження в цій галузі, як і раніше, залишаються дуже актуальними. Судити про це можна з недавнього відкриття російськими та американськими вченими 118 елемента періодичної системи Д.І.Менделєєва. Ця наукова подія вкотре наголошує, що, незважаючи на більш ніж вікову історію, періодичний закон залишається основою наукового дослідження. Ця робота ставить собі за мету не тільки розповісти про відкриття цього великого закону, про ту воістину титанічну роботу, що передує цій події, але і є спробою розібратися в передумовах, проаналізувати ситуацію, що склалася з класифікацією і систематизацією хімічних елементів до 1869р. і, крім того, торкнутися новітньої історії вчення про періодичність.

Передумови відкриття періодичного закону

Будь-яке відкриття у науці, звичайно, ніколи не буває раптовим, не виникає з нічого на порожньому місці. Це складний і тривалий процес, свій внесок у який вносять багато і багато чудових учених. Аналогічна ситуаціясклалася і з періодичним законом. І, щоб ясніше подати ті передумови, які створили необхідні умови для відкриття та обґрунтування періодичного закону, слід розглянути основні напрямки досліджень у галузі хімії до середини XIX століття (додаток 1).

Слід зазначити, що протягом перших десятиліть ХІХ ст. у розвитку хімії спостерігався швидкий прогрес. Хімічна атомістика, що виникла на самому початку століття, стала потужним стимулом для розробки. теоретичних проблемта розвитку експериментальних досліджень, які призвели до відкриттів основних хімічних законів(Закон кратних відносин та закон постійних пропорцій, закон обсягів реагуючих газів, закон Дюлонга та Пті, правило ізоморфізму та інших). Значного розвитку набули й експериментальні дослідження, в основному хіміко-аналітичного характеру, пов'язані із встановленням атомних ваг елементів, відкриттям нових елементів та вивченням складу різних хімічних сполук. Але з визначенням атомних ваг виникали труднощі, пов'язані головним чином про те, що залишалися невідомими точні формули найпростіших сполук (окислів), з урахуванням яких дослідники розраховували атомні ваги. Тим часом вже відкриті деякі закономірності, які могли б служити важливими критеріями при встановленні точних значеньатомних терезів, застосовувалися вкрай рідко (об'ємний закон Гей-Люссака, закон Авогадро). Більшість хіміків вважали їх випадковими, які не мають суворої фактичної основи. Така відсутність упевненості у правильності визначень атомних ваг призвела до появи численних систем атомних ваг і еквівалентів і навіть породила сумніви щодо необхідності прийняття в хімії самого поняття атомної ваги. В результаті такої плутанини навіть порівняно прості сполуки зображалися в середині XIX ст. безліччю формул, наприклад, вода зображалася одночасно чотирма формулами, оцтова кислота - дев'ятнадцятьма і т.д. Але водночас багато хіміків продовжували пошуки нових методів визначення атомних ваг, і навіть нових критеріїв, дозволяють хоча б опосередковано підтвердити правильність отриманих з урахуванням аналізу оксидів значень. Вже існували запропоновані Жераром поняття атома, молекули та еквівалента, але користувалися ними переважно молоді хіміки. Впливові хіміки старих поколінь дотримувалися уявлень, що увійшли до науки у 20-х і 30-х роках завдяки Берцеліусу, Лібіху та Дюма. Створилося таке становище, коли хіміки переставали розуміти одне одного. У такій складній обстановці виникла ідея зібрати найвидатніших учених різних країн, щоб домовитися про єдність уявлень із найзагальніших питань хімії, зокрема – про основні хімічні поняття. Цей Міжнародний конгрес відбувся 1860р. у Карлсруе. Серед семи російських хіміків брав участь у ньому і Д.І.Менделєєв. Основна мета конгресу – дійти єдності у визначеннях фундаментальних понять хімії – атом, молекула, еквівалент – була досягнута. Особливо велике враження на учасників конгресу, і Д.І.Менделєєва в тому числі справив виступ С.Канніццаро, який виклав основи атомно-молекулярної теорії. Згодом Д.І.Менделєєв неодноразово наголошував на величезному значенні конгресу в Карлсруе для прогресу хімії взагалі, і для генези ідеї періодичного закону хімічних елементів зокрема, а С.Канніццаро ​​вважав своїм попередником, т.к. встановлені ним атомні маси дали необхідну точку опори.

Перші спроби систематизувати відомі на той час елементи зробив у 1789г. А.Лавуазьє у своєму підручнику хімії. Його таблиця простих тіл включала 35 простих речовин. А на момент відкриття періодичного закону їх уже налічувалося 63. Треба сказати, що у першій половині ХІХ ст. вчені пропонували різні класифікаціїелементів, подібних за своїми властивостями. Однак спроби встановити закономірності змін властивостей залежно від атомної ваги мали випадковий характер і обмежувалися переважно констатацією окремих фактів правильних відносин чисельних значень атомних ваг між окремими елементами в групах подібних елементів. Наприклад, німецький хімік І.Деберейнер у 1816 – 1829рр. при зіставленні атомних ваг деяких хімічно подібних елементів виявив, що багатьох широко поширених у природі елементів ці числа досить близькі, а таких елементів, як Fe, Co, Ni, Cr, Mn, вони майже однакові. Крім того, він зазначив, що відносна атомна вага SrO є приблизним середнім арифметичним з атомних ваг CaO і ВаО. На цій основі Деберейнер запропонував закон тріад, що полягає в тому, що подібні за хімічними властивостями елементи можуть бути зведені до груп по три елементи (тріади), наприклад Cl, Br, J або Са, Sr, Ва. При цьому атомна вага середнього елемента тріади близька до половини суми атомних ваг крайніх елементів.

Поруч із Деберейнером аналогічною проблемою займався Л.Гмелін. Так, у своєму відомому довідковому посібнику - Handbuch der anorganischen Chemie він навів таблицю хімічно подібних елементів, розставлених за групами у порядку. Але принцип побудови його таблиці був дещо іншим (дод. Таб. 2). Вгорі таблиці, поза групами елементів, було розташовано три базисних елемента - O, N, H. Під ними розставлені тріади, зошити і пентади, причому під киснем розташовані групи металоїдів (по Берцеліусу), тобто. електронегативних елементів, під воднем – метали. Електропозитивні та електронегативні властивості груп елементів спадають зверху вниз. У 1853р. таблиця Гмеліна була розширена і покращена І.Г.Гледстоном, що включив до неї рідкісноземельні та знову відкриті елементи (Be, Er, Y, Di та ін). Надалі законом тріад займався ряд вчених, наприклад Е. Ленссен. У 1857р. він склав таблицю з 20 тріад і запропонував метод розрахунку атомних ваг на основі трьох тріад, або Еннеад (дев'яток). Він був настільки впевнений у абсолютній точності закону, що навіть спробував розрахувати невідомі ще атомні ваги деяких рідкісноземельних елементів.

Подальші спроби встановлення взаємозв'язку між фізичними та хімічними властивостями елементів також зводилися до зіставлень чисельних значень атомних ваг. Так М.И.Петтенкофер 1850г. зауважив, що атомні ваги деяких елементів відрізняються на число, кратне 8. Приводом для таких зіставлень стало відкриття гомологічних рядіворганічних сполук. Саме при спробах встановити існування подібних рядів для елементів М.Петтенкофер, зробивши розрахунки, знайшов, що різниця в атомних вагах у деяких елементів становить 8, іноді 5 або 18. У 1851р. подібні міркування про існування правильних чисельних відносин між значеннями атомних ваг елементів висловив Ж.Б.Дюма.

У 60-х роках ХІХ ст. виникли зіставлення атомних і еквівалентних ваг і хімічних властивостей елементів дещо іншого. Поряд із зіставленнями властивостей елементів у групах стали зіставлятися між собою та самі групи елементів. Такі спроби призвели до створення різноманітних таблиць та графіків, у яких поєднувалися всі або більшість відомих елементів. Автором першої таблиці був В.Одлінг. Він розбив 57 елементів (в кінцевому варіанті) на 17 груп - монад, діад, тріад, зошит і пентад, не включивши, при цьому, ряд елементів. Сенс цієї таблиці був досить простий і не представляв чогось нового. Через кілька років, точніше 1862 р., французький хімік Б. де Шанкуртуа зробив спробу висловити співвідношення між атомними вагами елементів у геометричній формі (дод. таб. 3). Він розташував усі елементи в порядку зростання їх атомних ваг на бічній поверхні циліндра по гвинтовій лінії, що йде під кутом 45о. Бічна поверхня циліндра була розбита на 16 частин (атомна вага кисню). Атомні ваги елементів відкладені на кривій у відповідному масштабі (за одиницю прийнято атомну вагу водню). Якщо розгорнути циліндр, то поверхні (площини) вийде ряд відрізків прямих, паралельних друг другу. На першому зверху відрізку знаходяться точки для елементів з атомними вагами від 1 до 16, на другому - від 16 до 32, третьому - від 32 до 48 і т.д. Л.А.Чугаев у своїй роботі Періодична система хімічних елементів зазначав, що у системі де Шанкуртуа ясно виступає періодичне чергування властивостей…Зрозуміло, що у системі полягає вже зародок періодичного закону. Але система Шанкуртуа дає великий простір свавіллю. З одного боку, серед елементів-аналогів нерідко трапляються елементи зовсім сторонні. Так, за киснем та сіркою, між S та Ті трапляється титан; Мn потрапляє до аналогів Li, Na і К; залізо міститься однією утворює з Са і т.д. З іншого боку, та сама система дає два місця для вуглецю: одне - для З з атомною вагою 12, інше, що відповідає атомній вазі 44 (Н. Фігуровський. Нарис загальної історіїхімії). Таким чином, зафіксувавши деякі співвідношення між атомними вагами елементів, Шанкуртуа не зміг дійти до узагальнення, що напрошується, - встановлення періодичного закону.

Майже одночасно з гвинтовою лінією де Шанкарту з'явилася таблична система Дж.А.Р.Ньюлендса, названа ним законом октав і має багато спільного з таблицями Одлінга (дод. таб. 4). 62 елементи в ній розташовані в порядку зростання еквівалентних ваг у 8 стовпцях та 7 групах, розташованих горизонтально. Характерно, що символи елементів замість атомних ваг стоять номери. Усього їх 56. У ряді випадків під одним і тим самим номером стоїть по два елементи. Ньюлендс підкреслював, що номери хімічно подібних елементів відрізняються один від одного на число 7 (або кратне 7), наприклад елемент з порядковим номером 9 (натрій) повторює властивості елемента 2 (літій) і т.д. Іншими словами, спостерігається така ж картина, як у музичній гамі – восьма нота повторює першу. Звідси й назва таблиці. Закон октав Ньюлендса неодноразово піддавався аналізу та критиці з різних точок зору. p align="justify"> Періодичність зміни властивостей елементів проглядається лише в прихованому вигляді, а те, що в таблиці не залишено жодного вільного місця для ще не відкритих елементів робить цю таблицю лише формальним зіставленням елементів і позбавляє її значення системи, що виражає закон природи. Хоча, як зазначає Л.А.Чугаєв, якби Ньюлендс користувався під час упорядкування своєї таблиці замість еквівалентів новітніми значеннями атомних ваг, незадовго перед тим встановлених Жераром і Канницццаро, він міг би уникнути багатьох протиріч.

Серед інших дослідників, які займалися в 60-х роках XIX століття зіставлення атомних ваг елементів з урахуванням їх різних властивостей, можна назвати німецького хіміка Л. Меєра. У 1864р. він опублікував книгу Сучасні теорії хімії та їх значення для хімічної статики в якій наведено таблицю з 44 елементів (відомо в цей час 63), розставлених у шести стовпцях відповідно до їхньої валентності по водню. З цієї таблиці видно, що Мейєр прагнув, перш за все, констатувати правильність у різницях значень атомних ваг у групах подібних елементів. Однак він був далекий від того, щоб помітити найбільш істотну рису внутрішнього зв'язкуміж елементами – періодичність їх властивостей. Навіть у 1870 р., вже після появи кількох повідомлень Д. І. Менделєєва про періодичний закон, Мейєр, який опублікував криву періодичної зміни атомних обсягів, не зміг побачити в цій кривій, що є одним з виразів періодичного закону, основної ознаки закону. Тим часом, через кілька місяців після появи перших повідомлень Д.І.Менделєєва про відкритий ним періодичний закон, Л.Мейєр виступив із претензією на пріоритет цього відкриття і протягом ряду років наполегливо висловлював претензії з цього приводу.

Такі в загальних рисах основні спроби встановити внутрішній зв'язок між елементами, що робилися до появи перших повідомлень Д. І. Менделєєва про періодичний закон.

Д. І. Менделєєв ні в статтях, присвячених періодичному закону, ні в автобіографічних нотатках майже не згадує про те, як було здійснено відкриття. Але коли одного разу, років через тридцять після відкриття періодичного закону, один журналіст запитав його: Як вам спала на думку періодична система?, Д. І. Менделєєв відповів: Я над нею, можливо, двадцять років думав (Н. Фігуровський. І. Менделєєв.1834 - 1907р.). Справді, можна стверджувати, що до відкриття періодичного закону Д.І.Менделєєва привела вся його попередня наукова діяльність. Початок було покладено вже в його перших роботах, присвячених ізоморфізму та питомих обсягів. Першими елементами, що виділяються серед інших своєю індивідуальністю, на які звернув увагу Д. І. Менделєєв, були кремній та вуглець. Загальні формули найважливіших бінарних сполуквуглецю і кремнію були тотожні, але за вивчення залежності властивостей їх сполук від складу виявилися такі відмінності: у складі - певні сполуки характерні для вуглецю, а невизначені - для кремнію; у будові сполук - наявність стійких радикалів та гомоцепів, а також ненасичених або ненасичених сполук у вуглецю та гетероцепів у кремнію. Це призводило до істотних відмінностей і властивостях більшості сполук цих двох елементів. Вченого зацікавило, які ще елементи, крім кремнію, здатні утворювати невизначені сполуки. Ними виявилися, насамперед, бор та фосфор. Говорячи про здатність різних елементівутворювати солі і підкреслюючи невизначеність складу багатьох сполук, Д. І. Менделєєв наголошував у 1864 р.: Невизначені сполуки суть сполуки за подібністю (розчини, сплави, ізоморфні суміші утворюються переважно подібними тілами), а справжні хімічні сполуки суть сполуки за різницею - сполуки тіл далекими властивостями (М. Младенцев. Д. І. Менделєєв. Його життя та діяльність).

На основі вивчення кристалічних форм сполук та їх зв'язку зі складом Д. І. Менделєєв дійшов висновку про можливе підпорядкування індивідуальної (склад) певної сполуки загальної (однакова кристалічна форма, властива кільком сполукам). Дійсно, число типів кристалічних форм значно поступається числу можливих хімічних сполук. Вивчаючи явище ізоморфізму, Д. І. Менделєєв зробив ще один висновок про співвідношення індивідуального та загального: деякі сполуки двох різних елементів виявлялися ізоморфними. Але ця ізоморфність виявлялася не для всіх ступенів окислення порівнюваних сполук, а лише для деяких. Крім того, було помічено, що утворення ізоморфних сумішей можливе і у випадку, коли концентрація однієї з речовин помітно поступається концентрації іншого. Також Д. І. Менделєєв звернув увагу на існування полімерного ізоморфізму та на ряд K2O, Na2O, MgO, FeO, Fe2O3, Al2O3, SiO2, де оксиди поставлені за ступенем посилення кислотних властивостей. Це положення він супроводжував таким коментарем: При заміщенні групами сума тіл, що стоять по краях, заміщується сумою тіл, що полягають між ними.

Розгляд цих питань призвело Д.І.Менделєєва до пошуку зв'язку між класами з'єднань або їх рядами, що мають загальні формули. Причину різницю між ними він бачив у природі елементів.

В результаті своїх досліджень Д. І. Менделєєв зробив висновок про те, що взаємини різноманітних властивостей елементів характеризуються категоріями загального (єдиного), специфічного (особливого) та індивідуального (одиничного). Загальні властивості - це властивості, що належать, перш за все, до поняття елемента і є єдиними конкретними характеристиками атома як цілого. Такі властивості Д. І. Менделєєв називав корінними, і першим з них він вважав атомну вагу (атомну масу) елемента. Щодо властивостей сполук, то вони можуть бути узагальнені в рамках певної сукупностіз'єднань, причому в основу можна покласти різноманітні критерії. Такі властивості називають специфічними (особливими), наприклад, металеві та неметалічні властивості простих речовин, кислотно-основні властивості сполук, т.д. Під індивідуальними розуміють ті унікальні властивості, які відрізняють два елементи-аналогу або дві сполуки одного класу, наприклад, різна розчинність сульфатів магнію і кальцію і т.д. Відсутність необхідних даних про внутрішню будову молекул та атомів змусило Д.І.Менделєєва розглядати у своїй роботі Питомі обсяги такі властивості, як атомні та молекулярні обсяги. Ці властивості обчислювалися з властивостей загальних (атомна та молекулярна мас) та конкретних властивостей сполук (щільність простої чи складної речовини). Аналізуючи характер зміни таких властивостей, Д.І.Менделєєв підкреслював, що закономірності зміни питомої ваги та атомних обсягів у рядах елементів порушуються тими змінами у фізичній та хімічної природиелементів, які пов'язані з кількістю атомів, що входять до молекули, та якістю атомів або формою хімічних сполук. Таким чином, такі властивості хоч і були пов'язані із загальними властивостями, але неминуче виявлялися в числі специфічних - відбивали об'єктивні відмінності в природі елементів. Це уявлення про три типи властивостей, їх взаємозв'язку між собою та шляхи відшукання закономірностей загального характеру та індивідуальних проявів лягло надалі в основу вчення про періодичність.

Отже, підсумовуючи всього вище викладеного, ми можемо сказати про те, що до середини XIX століття питання про систематизацію накопиченого матеріалу становило в хімії, як втім, і в будь-якій іншій науці, одне з основних завдань. Прості та складні речовинививчалися відповідно до прийнятих у той час у науці класифікацій: по-перше - за фізичними властивостями, по-друге - за хімічними властивостями. Рано чи пізно необхідно було спробувати пов'язати обидві класифікації докупи. Таких спроб ще до Д.І.Менделєєва було зроблено чимало. Але вчені, які намагалися виявити якісь чисельні закономірності при порівнянні атомних ваг елементів, ігнорували хімічні властивості та інші зв'язки між елементами. В результаті вони не тільки не змогли дійти періодичного закону, але навіть не змогли усунути невідповідності при зіставленнях. Справді, перелічені спроби Одлінга, Ньюлендса, Шанкуртуа, Мейєра та інших авторів є лише гіпотетичні схеми, що містять лише натяк на наявність внутрішніх взаємозв'язківвластивостей елементів, позбавлених ознак наукової теорії та тим більше закону природи. Недоліки, що були у всіх цих побудовах, викликали сумнів у правильності ідеї про існування загального зв'язку між елементами навіть у самих авторів. Проте, Д.І.Менделєєв зауважує в Основах хімії, що в побудовах де Шанкуртуа та Ньюлендса видно деякі зародки періодичного закону. Завдання розробити класифікацію елементів на основі всієї сукупності відомостей про склад, властивості, іноді і будову сполук випала на частку Д. І. Менделєєва. Вивчення взаємозв'язку властивостей із складом змусило його проаналізувати спочатку властивості окремих елементів (проявилося у вивченні ізоморфізму, питомих обсягів, у зіставленні властивостей вуглецю та кремнію), потім природних груп (атомні маси та хімічні властивості) та всіх класів сполук (сукупність фізико-хімічних властивостей) включаючи прості речовини. А поштовхом до пошуків такого роду стали роботи Дюма. Таким чином, ми з повним правом можемо стверджувати, що у своїй роботі Д. І. Менделєєв у відсутності співавторів, а мав лише попередників. І на відміну від своїх попередників Д. І. Менделєєв не шукав приватних закономірностей, а прагнув вирішити загальну проблему принципового характеру. При цьому, знову ж таки, на відміну від своїх попередників, оперував із перевіреними кількісними даними та особисто експериментально перевіряв сумнівні характеристики елементів.

Відкриття періодичного закону

Відкриття періодичного закону хімічних елементів - явище не звичайне історія науки, а, мабуть, виняткове. Звичайно тому, що інтерес викликає як виникнення самої ідеї про періодичність властивостей хімічних елементів, так і творчий процес розробки цієї ідеї, її втілення у всеосяжний закон природи. В даний час, ґрунтуючись на власних свідоцтвах Д.І.Менделєєва, а також на опублікованих матеріалах та документах, можна з достатньою достовірністю та повнотою відновити основні етапи творчої діяльностіД.І.Менделєєва, пов'язаної з розробкою системи елементів.

У 1867р. Дмитра Івановича було призначено професором хімії Петербурзького університету. Зайнявши, в такий спосіб, кафедру хімії у Московському університеті, тобто. ставши, по суті, лідером університетських хіміків Росії, Менделєєв вжив усіх залежних від нього заходів щодо істотного поліпшення викладання хімії в Петербурзькому та інших російських університетах. Найважливішим і невідкладним завданням, що постала перед Дмитром Івановичем у цьому напрямі, було створення підручника хімії, який відбивав найважливіші досягнення хімії на той час. І підручник Г.І.Гесса, і різні перекладні видання, якими користувалися студенти, сильно застаріли і, звісно, ​​було неможливо задовольнити Д.И.Менделеева. Ось тому він і вирішив написати зовсім новий курс , складений за його планом. Курс був озаглавлений Основи хімії. На початку 1869г. робота над другим випуском першої частини підручника, присвяченому хімії вуглецю та галогенів, добігла кінця і Дмитро Іванович мав намір без зволікання продовжити роботу над другою частиною. Обдумуючи план другої частини, Д. І. Менделєєв звернув увагу на те, що порядок розташування матеріалу про елементи та їх сполуки у вже наявних навчальних посібниках з хімії значною мірою випадковий і не відображає взаємозв'язків не тільки між групами хімічно подібних елементів, а й між окремими схожими елементами. Розмірковуючи над питанням про послідовність розгляду груп хімічно несхожих елементів, він дійшов висновку, що має існувати якийсь науково обґрунтований принцип, який треба покласти в основу плану другої частини курсу. У пошуках такого принципу Д. І. Менделєєв вирішив зіставити групи хімічно подібних елементів, щоб виявити закономірність. Після кількох невдалих спроб він написав на картках символи відомих на той час елементів і поруч виписав їх основні фізико-хімічні властивості. Комбінуючи розподіл цих карток, Д. І. Менделєєв виявив, що якщо всі відомі елементи розташувати в порядку зростання їх атомних мас, то можна виділити групи хімічно подібних елементів, розділивши весь ряд на періоди і помістивши їх один під одним, не змінюючи порядку розташування елементів . Так 1 березня 1869р. була складена спочатку фрагментарно, а потім і повністю, перша таблиця - система елементів. Ось як розповідав про це згодом сам Д. І. Менделєєв. Мене неодноразово запитували: на підставі чого, виходячи з якої думки був знайдений мною і захищаємо періодичний закон? Наведу тут посильну відповідь. ... Присвятивши свої сили вивченню речовини, я бачу в ньому дві такі ознаки, або властивості: масу, що займає простір і проявляється в тяжінні, а ясніше чи реальніше всього - у вазі, і індивідуальність, виражену в хімічних перетвореннях, а найясніше - формульовану в уявлення про хімічні елементи. Коли думаєш про речовину, крім будь-якого уявлення про матеріальні атоми, не можна для мене уникнути двох питань: скільки і якої речовини дано, чому і відповідають поняття маси і хімізму. Історія науки, що стосується речовини, тобто. хімії, що призводить волею або неволею до вимоги визнання не тільки вічності маси речовини, а й до вічності хімічних елементів. Тому мимоволі зароджується думка про те, що між масою та хімічними особливостямиелементів необхідно має бути зв'язок, бо маса речовини, хоч і абсолютна, лише відносна, виражається остаточно як атомів, треба шукати функціонального відповідності між індивідуальними властивостями елементів та його атомними вагами. Шукати ж чогось ... не можна інакше, як дивлячись і пробуючи. Ось я і став підбирати, написавши на окремих картках елементи з їх атомними вагами та корінними властивостями, подібні елементи та близькі атомні ваги, що швидко і призвело до того висновку, що властивості елементів стоять у періодичній залежності від їхньої атомної ваги, причому, сумніваючись у багатьох неясностях, я ні на хвилину не сумнівався в спільності зробленого висновку, оскільки випадковості допустити було неможливо (М. Фігуровський. Дмитро Іванович Менделєєв).

Отриману таблицю вчений назвав Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості. Він відразу побачив, що ця таблиця не тільки дає основу логічного плануДруга частина курсу Основи хімії, але, перш за все, виражає найважливіший закон природи. Через кілька днів надрукована таблиця (з російськими та французькими назвами) була розіслана багатьом видним російським та зарубіжним ученим-хімікам. Основні положення свого відкриття, аргументи на користь зроблених ним висновків та узагальнень Д. І. Менделєєв викладає у статті Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів. Ця робота починається з обговорення питання про засади класифікації елементів. Вчений дає історичний оглядспроб класифікації в XX століттіі приходить до висновку, що в даний час немає жодного загального принципу, що витримує критики, що може служити опорою при судженні про відносні властивості елементів і дозволяє розмістити їх у більш менш сувору систему. Тільки щодо деяких груп елементів немає сумніву, що вони утворюють одне ціле, представляють природний ряд подібних проявів матерії (М. Младенцев. Д. І. Менделєєв. Його життя та діяльність). Далі, Дмитро Іванович пояснює причини, що спонукали його до вивчення відносин між елементами тим, що, зробивши складання керівництва до хімії, названого Основи хімії, він повинен був зупинитися на якійсь системі простих тіл, щоб у розподілі їх не керуватися випадковими, як би інстинктивними. спонуканнями, а будь-яким точним початком. Це точне початок, тобто. принцип системи елементів, за висновком Д.І.Менделєєва, має бути заснований на величині атомних ваг елементів. Порівнюючи потім елементи з найменшими атомними вагами, Менделєєв будує перший основний фрагмент періодичної системи (дод. табл. 8). Він констатує, що для елементів з великими атомними вагами спостерігаються подібні співвідношення. Цей факт дає можливість сформулювати найважливіший висновок, що величина атомної ваги визначає природу елемента настільки ж, наскільки вага частки визначає властивості та багато реакцій складного тіла. Після обговорення питання про можливе взаємне розташуваннявсіх відомих елементів Д.І.Менделєєв наводить свою таблицю Досвід системи елементів…. Завершується стаття короткими висновками, що стали основними положеннями періодичного закону: Елементи, розташовані за величиною їхньої атомної ваги, становлять виразну періодичність властивостей. багатьох невідомих простих тіл, наприклад, подібних до Al і Si елементів з паєм 65 - 75… Величина атомної ваги елемента іноді може бути виправлена, знаючи його аналогії. Так, пай Ті має бути не 128, а 123 - 126? (Н. Фігуровський. Дмитро Іванович Менделєєв). Таким чином, стаття Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів ясно і чітко відображає послідовність умов Д.І.Менделєєва, що призвели до створення періодичної системи елементів, а висновки свідчать, наскільки правильно оцінював вчений важливість свого відкриття з самого початку. Стаття була направлена ​​в Журнал Російського хімічного товариства і з'явилася у пресі у травні 1869р. Крім того, вона призначалася для доповіді на чергових зборах Російського хімічного товариства, які відбулися 18 березня. Оскільки Д.И.Менделеев у цей час був відсутній, від імені виступив секретар Хімічного товариства Н.А.Меншуткин. У протоколах товариства залишився сухий запис про ці збори: М.Меншуткін повідомляє від імені Д.Менделєєва досвід системи елементів, заснований на їхній атомній вазі та хімічній схожості. За відсутністю Д.Менделєєва обговорення цього повідомлення відкладено до наступного засідання (Дитяча енциклопедія). Вчені, сучасники Д.І.Менделєєва, які вперше почули про цю періодичну систему елементів, залишилися до неї байдужі, не змогли відразу зрозуміти новий закон природи, який згодом перевернув весь хід розвитку наукової думки.

Отже, здавалося б, поставлене спочатку завдання - знайти точний початок, принцип раціонального розподілу матеріалу в другій частині Основ хімії - була вирішена, і Д.І. Менделєєв міг продовжувати далі роботу над курсом. Але тепер увага вченого цілком захопила система елементів і нові ідеї та питання, розробка яких уявлялася йому більш значною і важливою, ніж написання навчального посібниказ хімії. Побачивши у створеній системі закон природи, Дмитро Іванович повністю переключився на дослідження, пов'язані з деякими неясностями та протиріччями у знайденій ним закономірності.

Ця напружена робота тривала майже два роки, з 1869г. по 1871р. Результатом проведених досліджень стали такі публікації Д.І.Менделєєва, як про атомні обсяги елементів (говоритися про те, що атомні обсяги простих речовин є періодичною функцією від атомних мас); про кількість кисню в соляних оксидах (показано, що найвища валентність елемента в солеутворюючому оксиді є періодичною функцією від атомної маси); про місце церію в системі елементів (доводиться, що атомна вага церію, що дорівнює 92, не вірний і повинен бути збільшений до 138, а також наводиться новий варіант системи елементів). З наступних статей найбільше значення для розвитку основних положень періодичного закону мали дві - природна система елементів та застосування її до вказівки властивостей невідкритих елементів, що вийшла російською мовою, та періодична законність для хімічних елементів, надрукована на німецькою мовою. Вони викладено як всі дані з періодичному закону, зібрані та отримані Д.И.Менделеевым, а й різні ідеї та висновки, ще публікувалися. Обидві статті хіба що завершують величезну дослідницьку роботу, виконану вченим. Саме у цих статтях періодичний закон отримав остаточне оформлення та формулювання.

На початку першої статті Д. І. Менделєєв констатує, що окремі факти раніше не вкладалися в рамки періодичної системи. Так, частина елементів, а саме церитові елементи, уран та індій, не знаходили належного місця у цій системі. Але ... в даний час, - пише далі Д. І. Менделєєв, - такі відступи від періодичної законності ... вже можуть бути усунуті з набагато більшою повнотою, ніж було можливо в колишній час (М. Фігуровський. Дмитро Іванович Менделєєв). Він доводить запропоновані їм місця у системі для урану, церитових металів, індія та інших. Центральне становище у статті займає таблиця періодичної системи у більш досконалої формі проти першими варіантами. Дмитро Іванович пропонує і нову назву - Природна система елементів, підкреслюючи тим самим, що періодична система є природним розташуванням елементів і ні в чому не носить характеру штучності. В основі системи лежить розподіл елементів за величиною їхньої атомної ваги, при цьому відразу ж помічається періодичність. На підставі цього складається для елементів сім груп або сім сімейств, що позначені в таблиці римськими цифрами. Крім того, деякі елементи в періодах, що починаються з калію та рубідії, віднесені до восьмої групи. Далі Д.І.Менделєєв характеризує окремі закономірності в періодичній системі, вказуючи на наявність у ній великих періодів, на відмінності властивостей елементів однієї і тієї ж групи, що належать до парних та непарних рядів. Як одна з важливих характеристиксистеми Дмитро Іванович приймає вищі оксиди елементів та вносить до таблиці типи формул оксидів для кожної групи елементів. Тут же обговорюється питання про типові формули інших сполук елементів, властивості цих сполук у зв'язку з обґрунтуванням місця окремих елементів у періодичній системі. Після зіставлення деяких фізико-хімічних характеристик елементів Д. І. Менделєєв ставить питання можливості передбачення властивостей ще відкритих хімічних елементів. Він вказує на те, що в періодичній системі впадає в око наявність ряду клітин, не зайнятих відомими елементами. Це відноситься, перш за все, до порожніх клітин у третій та четвертій групах елементів-аналогів - бору, алюмінію та кремнію. Д. І. Менделєєв робить сміливе припущення про існування в природі елементів, які повинні в майбутньому, коли вони будуть відкриті, зайняти порожні клітини в таблиці. Він пропонує не тільки умовні назви (екабор, екаалюміній, екасилицій), але й на підставі їх становища в періодичній системі описує, які фізичні та хімічні властивості мають ці елементи. У роботі обговорюється питання і про можливість існування елементів, здатних заповнити інші клітини таблиці, що порожні. І, як би підбиваючи підсумок сказаного, Д.І.Менделеєв пише про те, що застосування запропонованої системи елементів до звіряння як їх самих, так і сполук, що утворюються ними, представляє такі вигоди, яких не давала жодна з точок зору, досі пір застосовуваних у хімії.

Друга велика робота - Закон періодичності - була задумана вченим в 1871г. Саме в ній передбачалося дати повний та обґрунтований виклад відкриття для того, щоб познайомити з ним широкі коласвітової наукової громадськості. Основну частину цієї роботи склала стаття Періодична законність хімічних елементів, опублікована в Анналах хімії та фармації. Стаття стала підсумком більш ніж дворічної роботи вченого. Після вступної частини, в якій дано деякі важливі визначенняі, перш за все, визначення понять елемент і просте тіло, а також викладені деякі загальні міркування про властивості елементів і з'єднань та можливості їх зіставлень та узагальнень, Д. І. Менделєєв у кількох параграфах розглядає найважливіші положення періодичного закону та висновки з нього у зв'язку з проведеними власними дослідженнями. Так, у Сутності закону періодичності на основі зіставлень атомних ваг елементів, формул їх оксидів та гідратів оксидів Дмитро Іванович констатує, що між атомними вагами та іншими властивостями елементів існує тісна закономірна залежність. Загальною ознакою закономірної зміни властивостей елементів, розташованих у порядку зростання їхньої атомної ваги, є періодичність властивостей. Він пише, що в міру зростання атомної ваги елементи спершу мають нові і нові мінливі властивості, а потім ці властивості знову повторюються в новому порядку, в новому рядку і в ряді елементів і в тій же послідовності, як і в ряді, що передував. А тому закон періодичності можна сформулювати наступним чином: властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл, стоять у періодичній залежності (тобто правильно повторюються) від їхньої атомної ваги. Далі висловлене фундаментальне становище ілюструється більшим числом прикладів періодичної зміни властивостей як елементів, і утворених ними сполук. Другий параграф Застосування закону періодичності до систематики елементів починається словами у тому, що система елементів має значення як педагогічне, як полегшує вивчення різноманітних фактів, наводячи їх у лад і зв'язок, але має і суто наукове значення, відкриваючи аналогії і вказуючи через те нові шляхи вивчення елементів. Тут перераховуються способи розрахунку атомних ваг елементів та властивості їх сполук на підставі положення елементів у періодичній системі (берилій, ванадій, талій), зокрема спосіб пропорцій. У Застосуванні закону періодичності визначення атомних ваг мало досліджених елементів обговорюється становище деяких елементів у періодичної системі та описується метод розрахунку атомних ваг з урахуванням системи елементів. Справа в тому, що до часу відкриття періодичного закону атомні ваги ряду елементів були, як висловлюється Д. І. Менделєєв, встановлені на ознаках іноді дуже хитких. Тому деякі елементи при розміщенні їх у періодичній системі тільки за прийнятою на той час атомною вагою виявлялися явно не на місці. Грунтуючись на розгляді комплексу фізичних і хімічних властивостей таких елементів, Д. І. Менделєєв запропонував відповідне їх властивостям місце в системі, причому в ряді випадків довелося переглянути прийняту до того часу їхню атомну вагу. Так, індій, атомна вага якого приймався за 75 і який на цій підставі мав бути поміщений у другу групу, вчений переніс у третю групу, виправивши при цьому атомну вагу на 113. Для урану з атомною вагою 120 і положенням у третій групі на підставі докладного аналізу фізичних та хімічних властивостей та властивостей його сполук було запропоновано місце у шостій групі, а атомна вага подвоєна (240). Далі автор розглядав дуже важке, особливо у той час, питання про розміщення в періодичній системі рідкісноземельних елементів – церію, дидиму, лантану, ітрію, ербію. Але вирішене це питання було лише через тридцять із лишком років. Закінчується ця робота Застосуванням закону періодичності до визначення властивостей ще не відкритих елементів, мабуть, особливо важливим для підтвердження періодичного закону. Тут Д. І. Менделєєв вказує, що в деяких місцях таблиці явно бракує кількох елементів, які надалі мають бути відкриті. Він передбачає властивості ще відкритих елементів, передусім аналогів бору, алюмінію і кремнію (екабор, екаалюміній, екасилиций). Ці передбачення властивостей не відомих ще елементів характеризують як наукову сміливість геніального вченого, засновану на твердої впевненості у відкритому їм законі, а й силу наукового передбачення. Через кілька років, після відкриття галію, скандію та германію, коли всі його передбачення блискуче підтвердилися, періодичний закон був визнаний у всьому світі. А поки що, у перші роки після виходу статті, ці передбачення залишилися майже непоміченими вченим світом. Крім того, у статті було порушено питання про виправлення атомних ваг деяких елементів на основі періодичного закону та застосування періодичного закону для отримання додаткових даних про форми хімічних сполук елементів.

Отже, до кінця 1871р. всі основні положення періодичного закону та дуже сміливі висновки з нього, зроблені Д. І. Менделєєвим, були опубліковані в систематичному викладі. Ця стаття завершила перший і найважливіший етап досліджень Д.І.Менделєєва за періодичним законом, вона стала плодом більш ніж дворічної титанічної роботи над вирішенням різнохарактерних проблем, що виникли перед вченим після складання ним першої таблиці. Досвід системи елементів у березні 1869р. У наступні роки Дмитро Іванович час від часу повертався до розробки та обговорення окремих проблем, пов'язаних з подальшим розвитком періодичного закону, але він уже не займався тривалими систематичними дослідженнями в цій галузі, як це мало місце в 1869 - 1871гг. Ось як сам Д. І. Менделєєв оцінював наприкінці 90-х років свою працю: Це найкраще зведення моїх поглядів і міркувань про періодичність елементів і оригінал, за яким писалося потім так багато про цю систему. Це причина головна моєї наукової популярності, тому що багато виправдалося набагато пізніше (Р. Добротін. Літопис життя та діяльності Д. І. Менделєєва). У статті розроблено та послідовно викладено всі сторони відкритого ним закону, а також сформульовано найважливіші його додатки. Тут Д.І.Менделєєв дає відточену, що стала канонічної формулювання періодичного закону: ... властивості елементів (а, отже, і утворених з них простих і складних тіл) знаходяться в періодичній залежності від їх атомної ваги (Р. Добротін. Літопис життя та діяльності Д .І. Менделєєва). У цій же статті вчений дає і критерій фундаментальності законів природи взагалі: Кожен закон природи набуває наукового значення лише у разі, якщо він, так би мовити, допускає практичні наслідки, тобто. такі логічні висновки, які пояснюють непояснене і вказують на невідомі досі явища, і якщо закон призводить до передбачень, які можна перевірити досвідом. В останньому випадку очевидно значення закону і можливо перевірити його справедливість, що принаймні спонукає до розробки нових галузей науки (Р. Добротін. Літопис життя та діяльності Д. І. Менделєєва). Застосовуючи цю тезу до періодичного закону, Дмитро Іванович називає такі можливості його застосування: до системи елементів; визначення властивостей ще невідомих елементів; визначення атомної ваги малодосліджених елементів; до виправлення величин атомних ваг; до поповнення відомостей про форми хімічних сполук. Крім того, Д. І. Менделєєв вказує на можливість придатності періодичного закону: до правильного уявлення про так звані молекулярні сполуки; для визначення випадків полімерії серед неорганічних сполук; до порівняльного вивчення фізичних властивостей простих і складних тіл (Р.Добротін. Літопис життя та діяльності Д.І. Менделєєва). Можна сказати, що в цій статті вчений намітив широку програму досліджень з неорганічної хімії, яка спирається на вчення про періодичність. Справді, багато важливих напрямів неорганічної хімії наприкінці ХІХ - початку ХХ століття фактично розвивалися шляхами, наміченим великим російським ученим - Д.И.Менделеевым, а відкриття й наступне визнання періодичного закону можна як завершення і узагальнення цілого періоду у розвитку хімії.

Тріумф періодичного закону

Як і всяке інше велике відкриття, таке найбільше наукове узагальнення, як періодичний закон, що мало, до того ж глибоке історичне коріння, мало б викликати відгуки, критику, визнання або невизнання, додатки в дослідженнях. Але як це не дивно, у перші роки після відкриття закону відгуків та виступів хіміків, які дають його оцінку, фактично не було. У всякому разі, на початку 70-х років не з'явилося скільки - будь-яких серйозних відгуків на статті Д.І.Менделєєва. Хіміки вважали за краще мовчати, звичайно не тому, що вони нічого не чули про цей закон або не розуміли його, а, як пояснював згодом таке ставлення Е. Резерфорд, просто хіміки його часу були зайняті збиранням і добуванням фактів, ніж роздумом про їх співвідношення. Проте виступи Д.І.Менделєєва не залишилися зовсім непоміченими, хоча викликали несподівану реакцію з боку окремих іноземних учених. Але все публікації, що з'явилося в іноземних журналах, стосувалися не сутності відкриття Д.І.Менделєєва, а ставили питання про пріоритет цього відкриття. У великого російського вченого було чимало попередників, які намагалися підійти до вирішення питання про систематизацію елементів і, тому, коли Д.І.Менделєєв показав, що періодичний закон - це фундаментальний закон природи, деякі з них пред'явили свої права на пріоритет у відкритті цього закону. Так, кореспондент Німецького хімічного товариства в Лондоні Р.Герстель виступив із заміткою, в якій стверджував, що ідея Д.І.Менделєєва про природну систему елементів була висловлена ​​ще за кілька років до нього В.Одлінгом. Дещо раніше з'явилася книга німецького хіміка Х.В.Бломстранда, в якій він запропонував класифікацію елементів за їх аналогією з воднем і киснем. Усі елементи були розділені автором на великі групи за ознакою електричної полярності на кшталт електрохімічної теорії І.Я. Берцеліус. Зі значними спотвореннями принципи періодичної системи були викладені і в брошурі Г.Баумгауера. Але найбільше публікацій було присвячено системі елементів Л. Меєра, цілком заснованої на принципах природної систематики Д. М. Менделєєва, яка, як він стверджував, була опублікована ще в 1864р. Л.Мейєр був великим представником неорганічної хімії в Німеччині в 60 - 80-х роках ХІХ століття. Усі його роботи були присвячені, в основному, вивченню фізико-хімічних властивостей елементів: атомних мас, теплоємності, атомних обсягів, валентності, ізоморфізму та різних способів їх визначення. Головну метусвоїх досліджень він бачив у збиранні точних експериментальних даних (уточнення атомних мас, встановлення фізичних констант) і ставив собі широких завдань з узагальнення накопиченого матеріалу на відміну Д.И.Менделеева, який щодо різних фізико-хімічних властивостей намагався знайти взаємозв'язок між усіма елементами, з'ясувати характер зміни властивостей елементів. Цими виступами, по суті, і обмежується первісна реакція вченого світу на відкриття періодичного закону та на основні статті про періодичний закон, опубліковані Д. І. Менделєєвим у 1869 - 1871гг. В основі своєї вони були спрямовані на те, щоб поставити під сумнів новизну і пріоритет відкриття і водночас використовувати основну ідею Д. І. Менделєєва для власних побудов систем елементів.

Але минуло всього чотири роки, і весь світ заговорив про періодичний закон, як про геніальне відкриття, про виправдання блискучих передбачень Д.І.Менделєєва. Дмитро Іванович, з самого початку повністю впевнений у особливій науковій важливості відкритого ним закону, не міг і припускати, що вже за кілька років він стане свідком наукового тріумфу свого відкриття. Ще у лютому 1874р. французький хімік П.Лекок де Буабодран проводив хімічне дослідження цинкової обманки з металургійного заводу Пьеррфитте в Піренеях. Це йшло повільно і закінчилося відкриттям в 1875г. нового елемента – галію, названого на честь Франції, яку древні римляни називали Галлією. Звістка про відкриття з'явилося у Доповідях Паризької академії наук та у низці інших видань. Д.І.Менделєєв, який уважно стежив за науковою літературою, відразу ж дізнався в новому елементі передбачений ним екаалюміній, незважаючи на те, що в першому повідомленні автора відкриття галій був описаний лише в найзагальніших рисах і деякі його властивості були визначені неправильно. Так, передбачалося, що питома вага екаалюмінію 5,9, а питома вага відкритого елемента - 4,7. Д.И.Менделеев відправив Л. Де Буабодрану лист, у якому як звертав увагу до свої роботи з періодичному закону, а й вказав на помилку щодо питомої ваги. Лекок де Буабодран, що ніколи до цього не чув ні про російського вченого, ні про відкритий ним періодичний закон хімічних елементів сприйняв цей виступ із незадоволенням, але потім, познайомившись зі статтею Д.І.Менделєєва про періодичний закон, повторив свої досліди і справді виявилося, що передбачена Д.І.Менделєєвим величина частки точно збіглася з певною Л.де Буабодраном досвідченим шляхом. Ця обставина, звичайно, не могла не справити найсильнішого враження як на Лекока де Буабодрана, так і на весь вчений світ. Таким чином, передбачення Д. І. Менделєєва блискуче виправдалося (дод. Таб. 5). Вся історія відкриття та вивчення сполук галію, що отримала висвітлення в літературі того часу, мимоволі привернула до себе увагу хіміків і стала першим поштовхом до загального визнання періодичного закону. Попит на основну роботу Д.І.Менделєєва Періодична законність хімічних елементів, опубліковану в Анналах Лібіха, виявився настільки великим, що потрібно було перекласти її англійською та французькою мовами, а багато вчених прагнули зробити свій внесок у пошуки нових, ще невідомих елементів, передбачених і описаних Д. І. Менделєєвим. Це В. Крукс, В. Рамзай, Т. Карнеллі, Т. Торп, Г. Хартлі - в Англії; П.Лекок де Буабодран, Ш.Маріньяк - у Франції; К. Вінклер - у Німеччині; Ю.Томсен – у Данії; І. Рідберг - у Швеції; Б.Браунер – у Чехії тощо. Їх Д. І. Менделєєв називав зміцнювачами закону. У лабораторіях різних країн розпочалися хіміко-аналітичні дослідження.

До таких учених належав і професор аналітичної хіміїУпсальського університету Л.Ф.Нільсон. Працюючи з мінералом евксенітом, що містить рідкісноземельні елементи, він отримав, крім основного продукту, якусь невідому йому землю (оксид). При ретельному та докладному вивченні цієї невідомої земліу березні 1879р. Нільсон виявив новий елемент, основні властивості якого збігалися з властивостями описаного Д. І. Менделєєвим у 1871р. екабору. Цей новий елемент був названий скандією на честь Скандинавії, де він був відкритий і знайшов своє місце в третій групі періодичної системи елементів між кальцієм і титаном так, як це було передбачено Д. І. Менделєєвим (дод. таб. 6). Історія відкриття екабора-скандія ще раз наочним чином підтвердила як сміливі передбачення Д.И.Менделеева, а й надзвичайну важливість для науки відкритого їм періодичного закону. Вже після відкриття галію стало цілком очевидним, що періодичний закон є у повному розумінні слова дороговказом хімії, що вказує, в якому напрямку слід вести пошуки нових, невідомих ще хімічних елементів.

Через кілька років після відкриття скандію, а точніше в 1886 р., періодичний закон знову привернув до себе загальну увагу. У Німеччині поблизу Фрейберга в районі гори Хіммельсфюрст на срібній копальні було знайдено новий невідомий мінерал. Професор А.Вейсбах, який відкрив цей мінерал, назвав його аргіродитом. Якісний аналіз нового мінералу було зроблено хіміком Г.Т.Рихтером, а кількісний аналіз - відомим хіміком-аналітиком К.А.Винклером. У ході досліджень Вінклер отримав несподіваний та дивний результат. Виявилося, що сумарний відсотковий вміст елементів, що входять до складу аргіродиту, дорівнює лише 93%, а не 100%, як це було б слід. Очевидно, якийсь елемент, що міститься до того ж у мінералі у значній кількості, був втрачений під час аналізу. Вісім повторних аналізів, виконаних з особливою ретельністю, дали той самий результат. Вінклер припустив, що має справу з ще не відкритим елементом. Він назвав цей елемент германій та описав його властивості. Ретельне вивчення якостей германію та її сполук швидко призвело Вінклера до безперечного висновку, новий елемент - екасилиций Д.И.Менделеева (прил. таб. 7). Такий незвичайно близький збіг передбачених і знайдених досвідченим шляхом властивостей германію вразило вчених, а сам Вінклер в одному з повідомлень в Німецькому хімічному суспільстві порівняв прогноз Д.І.

Блискуче підтвердження пророцтв Д.І.Менделєєва надало великий вплив на подальший розвиток хімії і всього природознавства. З середини 80-х. періодичний закон був, безумовно, визнаний усім вченим світом і увійшов до арсеналу науки як основа наукового дослідження. З цього часу на основі періодичного закону почалося систематичне дослідження з'єднань усіх відомих елементів та пошуки невідомих, але передбачуваних законом з'єднань. Якщо до відкриття періодичного закону вчені, які досліджували різні, особливо знову відкриваються, мінерали, працювали по суті наосліп, не знаючи, де шукати нові, невідомі елементи і які мають бути їхні властивості, то, ґрунтуючись на періодичному законі, відкриття нових елементів виявилося можливим здійснювати майже без жодних несподіванок. p align="justify"> Періодичний закон дозволив точно і однозначно встановити число не відкритих ще елементів з атомними вагами в межах від 1 до 238 - від водню до урану. Протягом усього якихось п'ятнадцяти років всі прогнози російського дослідника справдилися, і на порожні місця в системі стали нові елементи з заздалегідь точно обчисленими властивостями. Однак ще за життя Д.І.Менделєєва періодичний закон двічі зазнав серйозних випробувань. Нові відкриття здавалися на початку не тільки незрозумілими з погляду періодичного закону, а й суперечать йому. Так, у 90-х роках У. Рамзай та Дж. У. Релей відкрили цілу групу інертних газів. Для Д.І.Менделєєва саме собою це відкриття був повної несподіванкою. Він передбачав можливість існування аргону та інших елементів – його аналогів – у відповідних клітинах періодичної системи. Однак властивості новостворених елементів і насамперед їх інертність (нульова валентність) викликали серйозні труднощі при розміщенні нових газів у періодичній системі. Здавалося, що цих елементів немає місць у періодичної системі і Д.И.Менделеев далеко ще не відразу погодився з поповненням періодичної системи нульової групою. Але незабаром стало очевидним, що періодична система з честю витримала випробування і після внесення до неї нульової групи набула ще більш стрункий та закінчений вигляд. На рубежі ХІХ і ХХ століть було відкрито радіоактивність. Властивості радіоактивних елементів настільки не відповідали традиційним уявленням про елементи та атоми, що виник сумнів у справедливості періодичного закону. До того ж число новостворених радіоактивних елементів виявилося таким, що виникли, як здавалося, непереборні труднощі з розміщенням цих елементів у періодичній системі. Однак незабаром, правда вже після смерті Д.І.Менделєєва, труднощі, що виникли, були повністю усунені, і періодичний закон набув додаткових рис і новий змістщо призвело до розширення його наукового значення.

У ХХ столітті менделєєвське вчення про періодичність залишається однією з основ сучасних уявлень про будову та властивості речовини. Це вчення включає два центральні поняття - про закон періодичності та про періодичну систему елементів. Система служить своєрідним графічним виразом періодичного закону, який на відміну багатьох інших фундаментальних законів природи може бути виражений як будь-якого математичного рівняння чи формули. Протягом ХХ століття зміст вчення про періодичність постійно розширювався та поглиблювався. Це і зростання кількості хімічних елементів, виявлених у природі та синтезованих. Наприклад, європій, лютецій, гафній, реній – стабільні елементи, що існують у земній корі; радон, францій, протактіній – природні радіоактивні елементи; технецій, прометій, астат – синтезовані елементи. Розміщення деяких нових елементів у періодичній системі не викликало труднощів, оскільки існували закономірні прогалини у певних її підгрупах (гафній, реній, технецій, радон, астат тощо). Лютецій, прометій, європій виявилися членами рідкісноземельного сімейства, і питання про їх місце стало складовою проблеми розміщення рідкісноземельних елементів. Проблема місця трансактінієвих елементів і досі є дискусійною. Таким чином, нові елементи в ряді випадків вимагали додаткової розробки уявлень про структуру періодичної системи. Детальне вивчення властивостей елементів призвело до несподіваним відкриттямта до встановлення нових важливих закономірностей. Явище періодичності виявилося набагато складнішим, ніж це уявлялося у ХІХ столітті. Справа в тому, що принцип періодичності, знайдений Д. І. Менделєєвим для хімічних елементів, виявився поширеним і на атоми елементів, на атомний рівень організації матерії. Періодичні зміни властивостей елементів пояснюються існуванням електронної періодичності, повторенням подібних типів електронних конфігураційатомів зі збільшенням значень зарядів їх ядер. Якщо елементному рівні періодична система представляла узагальнення емпіричних фактів, то атомному рівні це узагальнення отримало теоретичну основу. Подальше поглиблення поглядів на періодичності йшло у двох напрямах. Одне пов'язані з удосконаленням теорії періодичної системи завдяки появі квантової механіки. Інше безпосередньо відноситься до спроб систематизації ізотопів та розробки ядерних моделей. Саме на цьому шляху виникло поняття про ядерну (нуклонну) періодичність. Ядерна періодичність має якісно інший характер порівняно з електронною (якщо в атомах діють кулонівські сили, то в ядрах проявляються специфічні ядерні сили). Ми стикаємося тут із ще глибшим рівнем прояву періодичності - ядерним (нуклонним), що характеризується багатьма специфічними рисами.

Отже, історія періодичного закону представляє цікавий приклад відкриття і дає критерій для судження у тому, що таке відкриття. Д. І. Менделєєв багаторазово повторював, що справжній закон природи, що дає можливості для передбачення та передбачення, слід відрізняти від випадково помічених закономірностей та правильностей. Відкриття передбачених вченим галію, скандію та германію продемонструвало величезне значення наукового передбачення, що базується на міцній основі теоретичних положень та розрахунків. Д.І.Менделєєв не був пророком. Чи не інтуїція талановитого вченого, не якась особлива здатність передбачати майбутнє стало основою для опису властивостей ще не відкритих елементів. Лише непохитна впевненість у справедливості і величезному науковому значенні відкритого ним періодичного закону, розуміння значення наукового передбачення дали йому можливість виступити перед науковим світом зі сміливими і багатьма неймовірними передбаченнями. Д. І. Менделєєв пристрасно бажав, щоб відкритий їм загальний закон природи став основою та керівництвом для подальших спроб людства проникнути в таємниці будови речовини. Він говорив, що закони природи не терплять винятків і тому з повною впевненістю висловлював те, що було прямим і очевидним наслідком відкритого закону. Наприкінці ХІХ і ХХ століттях періодичний закон зазнав серйозних випробувань. Неодноразово здавалося, що нові факти суперечать періодичному закону. Так було при відкритті шляхетних газів та явищ радіоактивності, ізотопії тощо. Проблеми виникли з розміщенням у системі рідкісноземельних елементів. Але, незважаючи ні на що, періодичний закон довів, що він справді один із основних великих законів природи. На основі періодичного закону відбувався весь розвиток хімії. За підсумками цього закону було встановлено внутрішню структуру атомів і з'ясовано закономірності їх поведінки. Періодичний закон з повною підставоюназивають дороговказною зіркою щодо хімії, при орієнтуванні в найскладнішому лабіринті безмежного різноманіття речовин та його перетворень. Підтвердженням цьому є відкриття російських і американських вчених у місті Дубні (Московська область) нового, 118 елемента періодичної системи. За словами директора Об'єднаного інституту ядерних досліджень, член-кореспондента РАН А.Сисакяна вчені побачили цей елемент за допомогою фізичних прискорювачів лабораторних умов. 118-й елемент на сьогодні найважчий з усіх елементів періодичної системи, що існують на Землі. Це ще раз підтвердило істину, що періодичний закон - великий закон природи, відкритий Д. І. Менделєєвим, залишається непорушним.

Тріумф періодичного закону був тріумфом і для самого Д. І. Менделєєва. У 80-х роках він і раніше добре відомий серед учених Західної Європивидатними дослідженнями, набув високого авторитету в усьому світі. Найвидатніші представники науки надавали йому всілякі знаки поваги, захоплюючись його науковим подвигом. Д.І.Менделєєв був обраний членом багатьох іноземних академій наук та вчених товариств, отримав чимало почесних звань, відзнак та нагород.

У 1869 році великим російським ученим-хіміком Д. І. Менделєєвим було зроблено відкриття, що визначило подальший розвиток не тільки самої хімії, а й багатьох інших наук.

Вся передісторія відкриття періодичного закону не є явищем, що виходить за рамки звичайних історико-наукових явищ. В історії науки навряд чи можна вказати приклад появи великих узагальнень, яким не передувала б тривала і більш менш складна передісторія. Як зазначав сам Д. І. Менделєєв, немає жодного скільки-небудь загального закону природи, який би ґрунтувався відразу. Завжди його твердженню передує багато передчуттів, а визнання закону настає не з моменту зародження першої думки про нього і навіть не тоді, коли він цілком усвідомлений у всьому його значенні, а лише за твердженням його наслідків дослідами, які повинні визнаватись вищою інстанцією міркувань і думок . Справді, можна констатувати спочатку появу лише приватних, іноді навіть випадкових спостережень та зіставлень. Варіанти подібних зіставлень з одночасним розширенням зіставлюваних фактичних даних іноді призводять до приватних узагальнень, позбавлених, однак, основних ознак закону природи. Саме такими є всі доменделєєвські спроби систематизації елементів, у тому числі таблиці Ньюлендса, Одлінга, Мейєра, графік Шанкуртуа та інші. На відміну від своїх попередників Д. І. Менделєєв не шукав приватних закономірностей, а прагнув вирішити загальну проблему принципового характеру. При цьому, знову ж таки, на відміну від своїх попередників, оперував із перевіреними кількісними даними та особисто перевіряв експериментально сумнівні характеристики елементів. Можна виразно стверджувати, що до відкриття періодичного закону його призвела вся попередня наукова діяльність, що це відкриття стало завершенням більш ранніх спроб Д. І. Менделєєва вивчити і зіставити фізичні та хімічні властивості різноманітних речовин, точно сформулювати ідею про тісний внутрішній зв'язок між різними речовинами та передусім – між хімічними елементами. Якщо не враховувати ранніх досліджень вченого з ізоморфізму, внутрішнього зчеплення в рідинах, розчинів і т.д., то було б неможливо пояснити раптовість відкриття періодичного закону. Не можна не дивуватися генію Д. І. Менделєєва, який зміг вловити велику єдність у неосяжному хаосі, безладно накопичених до нього хіміками розрізнених фактів і відомостей. Він зумів встановити природний закон хімічних елементів у той час, коли ще майже нічого не було відомо про будову речовини.

Отже, до кінця ХІХ століття внаслідок відкриття періодичного закону склалася така картина розвитку неорганічної хімії. До кінця 90-х років закон отримав загальне визнання, дозволив ученим передбачати нові відкриття і систематизувати експериментальний матеріал, що накопичується, зіграв видатну рольв обґрунтуванні та подальшому розвитку атомно-молекулярного вчення. Періодичний закон стимулював відкриття нових хімічних елементів. З моменту відкриття галію передбачувальні можливості системи стали очевидними. Але водночас вони були ще обмеженими внаслідок незнання фізичних причин періодичності та певної недосконалості структури системи. З відкриттям на Землі гелію та аргону англійський учений В. Рамзай наважився на передбачення інших, невідомих ще благородних газів - знайдених невдовзі неону, криптону та ксенону. У періодичну систему, опубліковану у восьмому виданні підручника Основи хімії 1906 р., Д. І. Менделєєв включив 71 елемент. Ця таблиця підбивала підсумок величезної роботиз відкриття, вивчення та систематики елементів за 37 років. Тут знайшли своє місце галій, скандій, германій, радій, торій; п'ять інертних газів утворили нульову групу У світлі періодичного закону багато понять загальної та неорганічної хімії набули суворішої форми (хімічний елемент, просте тіло, валентність). Фактом свого існування періодична система багато в чому сприяла правильній інтерпретації результатів, досягнутих щодо радіоактивності, допомагала визначати хімічні властивості виявлених елементів. Так, без системи не могла б бути зрозуміла інертна природа еманацій, які згодом виявилися ізотопами найважчого благородного газу – радону. Але класичні фізико-хімічні методи дослідження виявилися неспроможні вирішити проблеми, пов'язані з аналізом причин різних відступів від періодичного закону, але вони значною мірою підготували основу розкриття фізичного сенсу місця елемента у системі. Вивчення різних фізичних, механічних, кристалографічних і хімічних властивостей елементів показало їхню загальну залежність від глибших і прихованих на той час внутрішніх властивостей атомів. Сам Д. І. Менделєєв чітко усвідомлював, що періодична змінність простих і складних тіл підпорядковується деякому вищому закону, природу якого, а тим більше причини ще не було коштів охопити. Наука ще тільки мала вирішити цю проблему.

На початку ХХ століття періодична система зіткнулася з такою серйозною перешкодою, як масове відкриття радіоелементів. Для них не було достатньо місця у менделєєвській таблиці. Ця проблема була подолана через шість років після смерті вченого завдяки формулюванню понять про ізотопію і про заряд ядра атома, чисельно рівному порядковому номеруелемента у періодичній системі. Вчення про періодичність вступило у новий, фізичний етап свого розвитку. Найбільш важливим досягненнямвиявилося пояснення фізичних причин періодичної зміни властивостей елементів та, як наслідок, структури періодичної системи. Саме періодична система елементів послужила М. Бору найважливішим джереломінформації розробки теорії будови атоиов. А створення такої теорії означало перехід менделєєвського вчення про періодичність нового рівня - атомний, чи електронний. Стали зрозумілими фізичні причини прояву хімічними елементами та їх сполуками найрізноманітніших властивостей, що залишалися незрозумілими для хімії ХІХ століття. Протягом 20 – 30-х років було відкрито майже всі стабільні ізотопи хімічних елементів; нині їх кількість становить приблизно 280. Крім того, у природі виявлено понад 40 ізотопів радіоактивних елементів, синтезовано близько 1600 штучних ізотопів. Закономірності розподілу елементів у періодичній системі дозволили пояснити явище ізоморфізму - заміщення в кристалічних ґратахмінералів атомів та атомних груп іншими атомами та атомними групами.

Величезне значення має вчення про періодичність у розвитку геохімії. Ця наука виникла в останній чверті ХIХ століття, коли почали інтенсивно вивчати проблему поширеності елементів у земній корі та закономірності їхнього розподілу у різних рудах та мінералах. Періодична система сприяла виявленню багатьох геохімічних закономірностей. Були виділені певні поля-блоки, що охоплюють подібні в геохімічному відношенні елементи, розвинена ідея подібності та відмінності елементів, що розташовані по діагоналях системи. У свою чергу, це дозволило вивчити закони виділення елементів у ході геологічного розвиткуземної кори та їхньої спільної присутності в природі.

ХХ століття називають віком найширшого використаннякаталізу в хімії. І тут періодична система є основою для систематизації речовин із каталітичними властивостями. Так було з'ясовано, що для гетерогенних реакцій окислення-відновлення каталітичним ефектом мають усі елементи побічних підгруп таблиці. Для реакцій кислотно-основного каталізу, до якого в промислових умовах відносять, наприклад, крекінг, ізомеризацію, полімеризацію, алкілування тощо, каталізаторами є лужні та лужноземельні метали: Li, Na, K, Rb, Cs, Ca; у реакціях кислотного - всі р-елементи другого та третього періодів (крім Ne та Ar), а також Br І J.

На основі ядерного рівня уявлень про періодичність вирішують проблеми космохімії. Вивчення складу метеоритів та місячного ґрунту, дані, отримані автоматичними станціями на Венері та Марсі, показують, що до складу цих об'єктів входять ті ж хімічні елементи, які відомі і на Землі. Таким чином, закон періодичності застосовний і для інших областей Всесвіту.

Можна було б назвати ще багато напрямів наукових досліджень, де періодична система елементів виступає як необхідний інструмент пізнання. Не дарма у своїй доповіді на Ювілейному Менделіївському з'їзді, присвяченому сторіччю відкриття періодичного закону, академік С. І. Вольфкович сказав про те, що періодичний закон став основним рубежем в історії хімії. Він став джерелом незліченних досліджень хіміків, фізиків, геологів, астрономів, філософів істориків і продовжує різнобічно впливати на біологію, астрономію, технологію та інші науки. А закінчити свою роботу мені хотілося б словами німецького фізика та хіміка В. Мейєра, який писав, що сміливість думки та прозорливість Менделєєва буде за всіх часів викликати захоплення (Ю. Соловйов. Історія хімії).