Таблицы Менделеева

А вот не встречалась ли кому таблица с указанием атомных радиусов? (в основном, ессно, состоянии; а если еще и с радиусами ионов хотя бы первых ионизаций - о-о!)

О пользе пасьянсов. Всё-таки, возможно, раскладывать пасьянсы полезнее, чем спать! Ну, для каких-то целей.

---

Менделеев был твердо намерен продолжить объезд тверских артельных сыроварен… Пришлось просить об отпуске. 15 февраля он берет десятидневный отпуск и распоряжается купить железнодорожный билет. Но поезд в Тверь в этот раз уйдет без него…

Менделеев никогда особенно не вникал в анализ психологических и житейских обстоятельств, сопутствовавших открытию им Периодического закона. Разве что, посмеиваясь, говори и, что любовница (так он часто называл науку) обняла. Когда захотела, тогда и обняла. Если следовать популярной версии, утром 17 февраля Дмитрий Иванович проснулся в великолепном настроении (что бывало нечасто), выпил по обыкновению стакан теплого молока, встал, умылся и сел завтракать. Во время завтрака схватил вдруг подвернувшееся под руку письмо секретаря Вольного экономического общества А. И. Ходнена по поводу предстоящей командировки и записал на обороте символы хлора и калия, имевших близкие атомные веса, после чего стал набрасывать символы других элементов, отыскивая среди них сходные в этом отношении пары: фтор и натрий, бром и рубидий, йод и цезий… Потом он закрылся в своем кабинете, достал из конторки пачку визиток и на обратной стороне карточек стал писать символы элементов и их главные химические свойства. Получилась своеобразная игровая колода, из которой Менделеев час за часом выкладывал какие-то пасьянсы. Ходившие на цыпочках домочадцы слышали, как хозяин кабинета время от времени рычал в чей-то адрес и творил с явной угрозой: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Это обычно означало, что Дмитрий Иванович ощущает прилив творческих сил. Можно предположить, что Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного элемента.

Так перед ним стала вырисовываться картина будущей Периодической системы химических элементов. Еще только забрезжив в голове своего первооткрывателя, она сразу же стала вносить коррективы в существовавшую до нее систему знаний. Так, вначале Менделеев положил карточку с обозначением бериллия (атомная масса 14) рядом с карточкой алюминия (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции считая бериллий аналогом алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием. Тогда же он изменил атомную массу бериллия на 9,4, а формулу его оксида переделал из Ве2О3 в ВеО (как у оксида магния MgO). Это смело исправленное значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Точно так же он помещает теллур (127,6) перед йодом (126,9), чтобы теллур попал в один столбец с элементами аналогичной валентности (2), а йод — своей (1).

В течение дня, покидая кабинет только на обед и ужин, а также для того, чтобы взглянуть на малютку-дочь, Дмитрий Иванович приходит к твердому выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомного веса, выказывают явную периодичность физических и химических свойств. Ему самому еще только предстоит полностью осмыслить свое открытие, но главное сделано. В тот же вечер Менделеев отправляет переписанную набело таблицу в типографию — ему нужно разослать ее многим людям. Еще через пару дней он передает написанную по этому поводу статью Меншуткину — для публикации в журнале Русского химического общества и для доклада от его имени на заседании общества, которое состоится 6 марта, когда автор будет ездить по сыроварням Тверской губернии. Меншуткин выступит, но сообщение не вызовет ажиотажа — скорее, наоборот. Н. Н. Зинин недовольно выскажется в том духе, что пора бы Дмитрию Иванычу заняться, наконец, настоящими химическими исследованиями. Что ж с того? Через два года он будет отзываться о Менделееве и его открытии совершенно иначе. Другим коллегам понадобится значительно больший срок, чтобы оценить менделеевскую таблицу.


Рукописный вариант таблицы «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». 18 февраля 1869 г.
Дмитрий Иванович многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс. Например, он не имел почти никакой информации о работах француза Б. де Шанкуртуа, англичанина Д. Ньюлендса и немца Ю. Мейера, публикации которых не привлекли внимания ученого мира из-за явных ошибок и невнятного изложения идей, лишенных менделеевской универсальности, но довольно оригинальных для отдельных групп элементов. Тем выше следует оценить интуицию Менделеева и его уверенность в правоте.

Писатель-фантаст и популяризатор науки Айзек Азимов пишет о приоритете Менделеева в своей «Краткой истории химии»: «Основываясь на увеличении и уменьшении валентности, Менделеев разбил элементы на периоды; первый период включает только один водород, затем следуют два периода по семь элементов каждый, затем периоды, содержащие более семи элементов. Менделеев воспользовался этими данными не только для того, чтобы построить график, как это сделали Мейер и Бегюйе де Шанкуртуа, но и для того, чтобы построить таблицу, подобную таблице Ньюлендса. Такая периодическая таблица элементов была яснее и нагляднее, чем график, и, кроме того, Менделеев сумел избежать ошибки Ньюлендса, настаивавшего на равенстве периодов. Свою таблицу Менделеев опубликовал в 1869 году, т. е. раньше, чем была издана основная работа Мейера. Однако честь открытия Периодической системы элементов принадлежит Менделееву не из-за приоритета публикации, действительная причина состоит в том, как Менделеев построил свою таблицу. Для того чтобы выполнялось требование, согласно которому в столбцах должны находиться элементы с одинаковой валентностью, Менделеев в одном или двух случаях был вынужден поместить элемент с несколько большим весом перед элементом с несколько меньшим весом… Поскольку этого оказалось недостаточно, Менделеев счел также необходимым оставить в своей таблице пустые места (пробелы). Причем наличие таких пробелов он объяснил не несовершенством таблицы, а тем, что соответствующие элементы пока еще не открыты. В усовершенствованном варианте таблицы (1871 г.) существовало много пробелов, в частности, не заполнены были клетки, отвечающие аналогам бора, алюминия и кремния. Менделеев был настолько уверен в своей правоте, что пришел к заключению о существовании соответствующих этим клеткам элементов и подробно описал их свойства. Он назвал их экабор, экаалюминий и эка-кремний («эка» на санскрите означает «одно и то же»). Тем не менее часть химиков была настроена скептически, и, возможно, их недоверие еще долго не удалось бы преодолеть, если бы смелые предсказания Менделеева не подтвердились столь блестяще».

Первое подтверждение последует в 1875 году, когда француз Поль Эмиль Лекок де Буабодран откроет новый элемент и назовет его галлием. Свойства галлия полностью совпадут с менделеевским экаалюминием. В 1879 году швед Ларс Фредерик Нильсон обнаружит скандий (экабор). В 1886 году немец Клеменс Александр Винклер предъявит миру германий (эка-кремний). Несмотря на то, что все три химика дадут новым элементам названия, связанные с историей или географией своих стран, их открытия навсегда будут вписаны в биографию Менделеева и историю русской науки.

Однако будет неправильным свести сложнейшую анатомию открытия к стремительному и победоносному творческому броску. На самом деле ученый шел к своему открытию с ранней юности. «Я был с самого начала глубоко убежден в том, — говорил Дмитрий Иванович сыну Ивану через много лет, — что самое основное свойство атомов — атомный вес или масса атома должна определять основные свойства каждого элемента… Я работал над капиллярностью, над удельными объемами, над изучением кристаллических форм соединений — постоянно в этом убеждении, стремясь найти основной закон атомной механики. Я сделал попутно ряд обобщений — о температуре абсолютного кипения жидкостей или сжиженных газов, о законе предельности соединений и т. д. Но всё это казалось мне второстепенным и до конца не удовлетворяло. Я уже тогда, на студенческой скамье, в первые годы самостоятельного труда, чувствовал, что должно существовать обширное обобщение, связывающее атомный вес со свойствами элементов. Это — вполне естественная мысль, но на нее не обращали тогда достаточного внимания. Я искал это обобщение с помощью усидчивого труда — во всех возможных направлениях. Только весь этот труд дал мне необходимые точки опоры и вселил уверенность, позволившую мне преодолеть препятствия, казавшиеся тогда непреодолимыми».

Последние дни перед моментом открытия сопровождались особенно изнурительным интеллектуальным и нервным напряжением. По свидетельству ученика и близкого друга Менделеева А. А. Иностранцева, бывшего в ту пору секретарем факультета, Дмитрий Иванович был в мрачном и угнетенном состоянии, поскольку провел трое суток без сна у конторки, пытаясь уловить зыбкую, ускользающую закономерность. И лишь после этого настало то счастливое утро: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» По версии академика Бонифатия Михайловича Кедрова, именно свойственное менделеевской натуре крайнее нервное напряжение, вкупе с множеством неотложных дел, в частности, со срывом сроков сдачи в типографию заключения к «Основам химии» (издатель был педант и на отсрочку не соглашался), стало условием открытия Периодического закона. Накануне Дмитрий Иванович вернулся домой поздно, так и недоделав половину дел. Открыв, по своему обыкновению, перед сном дневник, он осознал всю тяжесть своего положения — ведь речь шла о самом болезненном, о его научной и человеческой состоятельности — и заплакал (об этом, как считают некоторые исследователи, свидетельствуют следы слез на страницах дневника). Тем не менее никаких мыслей по поводу нужного текста у него не было. Наконец, он решил, что лучшим заключением к книге будет таблица элементов. В то же время таблица получилась не без смысловых изъянов: водород и гелий не входили в октаву, часть клеток была пуста, а все лантаниды стеснились в одну клетку. В спокойном состоянии Менделеев, возможно, не решился бы опубликовать столь нелогичную таблицу. Однако, будучи в безвыходном положении, он решил, во-первых, что водород и гелий в таблице выглядят симметрично и красиво, а на интуитивном уровне это уже могло служить оправданием. Во-вторых, недостающие элементы в пустых клетках когда-нибудь откроют (предсказание очень смелое, но другого выхода не было). В-третьих, лантаниды оказались в одной клетке — бог знает почему, в будущем объяснение найдется, но нельзя помещать в разные места вещества со столь близкими свойствами. И при всей «сомнительности» таблицы все заложенные в ней прогнозы Менделеева оказались правильными. Мы опускаем подробности рассуждения Б. М. Кедрова, философа и историка науки, автора сложной теории рождения научного открытия. Важнее вывод, который он делает в отношении Периодического закона: создание таблицы элементов — смелый и основанный на интуиции акт, то есть настоящее творчество.

Сторонники менее распространенной, но, несомненно, более аргументированной версии рождения Периодического закона (в первую очередь здесь нужно назвать И. С. Дмитриева) полагают, что 17 февраля 1869 года можно считать датой великого открытия лишь символически, поскольку этот один день не может являться даже днем завершения работы над ним. Дмитриев убедительно показывает, что методологические принципы, которые разрабатывались Менделеевым, начиная с его студенческих исследований изоморфизма, были будто сразу «заточены» на поиск некоей общей системы признаков веществ. Опираясь на анализ рукописей и опубликованных работ Менделеева, Дмитриев прослеживает, как с 1855 года накапливался багаж мыслей и наблюдений ученого в этом направлении, и обнаруживает, что Менделеев подошел к универсальной классификации элементов, открытию ее концептуального ядра на несколько недель раньше отмечаемой всеми даты, в конце 1868-го — начале 1869 года.

Ставя под сомнение исполненную беллетризма историю «великого сновидения» и составленного по его подсказке «химического пасьянса», И. С. Дмитриев доказывает, что засланная в типографию страничка была пока еще результатом внутреннего компромисса ученого, колебавшегося в выборе между несколькими типами структуры будущей таблицы. То, что по поручению Менделеева предъявил в Русском химическом обществе Меншуткин, еще даже не было таблицей. Самая трудная часть работы — собственно осмысление всего массива химической информации (в то время не всегда точной) с точки зрения учения о периодичности — заняла еще год и девять месяцев. С этим нельзя не согласиться, поскольку Дмитрий Иванович и сам хорошо понимал, что вся тяжесть работы впереди. В тексте, который он передал для оглашения на заседании химического общества, сказано: «Привожу за сим одну из многих систем элементов, основанных на их атомном весе. Они служат только опытом, попыткой для выражения того результата, который можно достичь в этом отношении. Сам вижу, что эта попытка не окончательна, но в ней, мне кажется, уже ясно выражается применимость выставляемого мною начала ко всей совокупности элементов, пай которых известен с достоверностью. На этот раз я желал преимущественно найти общую систему элементов».

...

(Тут можно вспомнить, что один из предшественников Менделеева, Ньюленд, был осмеян коллегами за то, что его таблица была разделена на восемь частей и напоминала октаву музыкального ряда. Ньюленда обвинили в мистицизме и сравнили его с Пифагором, хотевшим — ха-ха — соединить физические законы со звуками разной высоты.)

...

---

Когда открытый закон оказывается точнее и дальновиднее открывателя (ни в малейшей мере не в упрёк Дмитрию Ивановичу, а строго наоборот!)

Где место инертным газам в таблице Менделеева?

В 1903 г. Д. И. Менделеев поместил, группу инертных га-
зов в левой части периодической таблицы элементов и
присвоил ей нулевую нумерацию. Этим он подчеркнул
безвалентность или, как он писал, «нульвалентность»
ее элементов.

Полтора-два десятилетия спустя, когда утвердились
представления об электронных структурах атомов и за-
кладывались основы современной теории химической
связи, было признано необходимым перенести нулевую
группу в правую часть таблицы, поскольку у атома инерт-
ного газа не начинается, а завершается построение элек-
тронной оболочки, присущей элементам каждого периода.
В настоящее время общепризнанным является нахождение
инертных газов в VIII группе в качестве главной под-
группы.

В самом деле, в отличие от прочих групп нулевая
и VIII группы не подразделялись на главную и побочную
подгруппы. Будучи же объединенной, VIII группа стано-
вится построенной аналогично всем прочим группам.
При этом соблюдается и формальное правило: номер
группы в периодической системе равен числу внеш-
них электронов у атомов элементов, входящих в
группу.

По существу, единственным препятствием к включе-
нию инертных газов в VIII группу долгое время была их
канонизированная химическая недеятельность. Макси-
мальную степень окисления инертных газов пришлось бы
также признать равной восьми, а она считалась нулевой
вплоть до 60-х годов.

Теперь известны химические соединения криптона,
ксенона и радона, где степень окисления этих элементов
равна 1, 2, 4, 6 и 8.

 

- вот ведь как: чёткое следование даже формальной стороне сформулированного закона дало бы более правильный вывод.

В пользу размещения инертных газов в VIII группе
свидетельствует также изучение свойств соединений ксе-
нона и криптона. Они близки к соединениям элементов
побочной подгруппы. Сопоставим, к примеру, фториды.
XeF8 является таким же высокоактивным фторирующие
агентом, как PtF6, OsF6, RhF6, IrFe, RuF8. Нескольку
меньшую окислительную активность проявляют XeF4
и KrF2, с одной стороны, и GoF3, RuF6 — с другой: те и
другие способны воспламенять определенный ряд органи-
ческих соединений, вытеснять хлор из HG1, кислород
из воды и заменять водород в органических соединениях
на фтор. Наконец, XeF2 такой же умеренный окислитель,
как PdF3, RuF4, RhF4. Очень схожи по свойствам соеди-
нения ксенона и осмия.

Из других аналогий упомянем, что фториды ксенона,
подобно фторидам металлов VIII группы, легко раство-
ряются в полярных органических растворителях без за-
метной диссоциации.

Размещение инертных газов в VIII группе не сопря-
жено с принципиальными изменениями в периодической
системе элементов или с необходимостью каких-то новых
допущений. Просто при этом стирается граница между
прежними восьмой и нулевой группами, они естественным
образом объединяются, образуя две подгруппы.

 

(ну это на 70-е)