Как Менделеев таблицу придумал. Загадочное родство элементов

Сегодня новый выпуск «Химии для чайников». Тема сложная, но мы постараемся объяснить все просто не залезая в научные дебри. В прошлой беседе мы познакомились с атомами, узнали их строение, что атомы и образуют химические элементы.

И как же запомнить все 118 элементов?

Это долгое время было сложным вопросом. Над проблемой, как упорядочить элементы, бились лучшие умы. У кого-то получалась стройная картинка, у других выходили винтовые лестницы и другие фигуры. Давно было замечено, что свойства элементов повторяются с ростом атомной массы, есть некая зависимость и цикличность. Один из ученых смог создать таблицу, но в качестве главного свойства взял валентность и при проверке все рассыпалось. А он так близко был к решению задачи.

Что такое «валентность»?

Свойство элементов вступать в связи, создавать вещества. Если просто, то со сколькими другими атомами этот элемент может образовывать соединения. В электронных облаках вокруг ядра есть области меньшей плотности, в эти дыры могут залетать электроны другого элемента. И тогда возникает связь между ними. От количества таких «пустых» областей зависит активность того или иного элемента. Но не забывайте, что в наших статьях мы стараемся все упрощать. Сейчас химики не любят слово валентность, но используя его легче запомнить сколько потенциальных связей может установить элемент.

И так, что там химик Менделеев?

Вообще, Дмитрий Иванович не был химиком в нашем понимании. Он был ученым, специалистом в разных областях, он придумал транспортировку нефти по трубопроводу. Считается, что он изобрел русскую водку. Это не совсем правда. Бухали и до него. Ему приписывается оптимальная крепость напитка в 40 градусов. Менделеев почти двадцать лет искал способ классификации элементов, раскладывая карточки с их именами то так, то эдак. Есть легенда, что таблица приснилась ему во сне. Когда десятки лет обдумываешь загадку, еще не то приснится.

И ему удалось все поставить на свои места?

И да и нет. Дело в том, что в 1869 году были известны только 63 элемента и в таблице оставались пустые места, а некоторые элементы не хотели вписываться в свои ячейки. Таблица получилась наглядной, учитывала множество характеристик, и доказала периодичность свойств элементов. Мало того, с развитием науки были обнаружены новые элементы. Они встали на места, зарезервированные ученым, и имели те свойства, которые он предсказал. А некоторым элементам Менделеев изменил ошибочные атомные массы, например урану. И оказался прав!

И как пользоваться такой таблицей?

Со времен Менделеева она претерпела изменения, но главная идея - периодичность свойств осталась неизменной. По вертикальным колонкам расположены группы элементов, которые обладают похожими свойствами, по горизонтали сами «периоды». От щелочных металлов до «благородных газов». Удивительно, но имеющие разные атомные массы элементы так похожи! Многие слышали о натрии и калии? Они образуют похожие соединения, их химические свойства почти одинаковы, несмотря на то, что их атомные массы различаются намного. Та же история и в правой таблице фтор и хлор однотипные газы.

Как он смог это установить?

Мы знаем, что свойства химического элемента полностью зависят от строения его атома, а 150 лет назад об этом не знали. Все это результат смекалки и десятилетий упорного труда.

Таблица какая-то рваная в ней есть дырки и отдельные блоки снизу.

В природе нет ничего идеального. Даже в нижних блоках есть своя периодичность, например уменьшение электронной оболочки и уровень ионизации. Лантаноиды и актиноиды вынесли в нижний ряд, чтобы сделать таблицу компактнее. Даже в том, что таблица становится шире есть своя периодичность, это повторяется и в соседнем ряду.

А Суперактиноиды это что такое?

Вся нижняя часть таблицы с номера 119 - это гипотетические элементы, которые не открыты, но предсказаны, и их свойства описаны, как учил Менделеев. Были сообщения, что удалось синтезировать элемент с номером 122, но доказательств этому нет.

В следующий раз мы рассмотрим подробнее группы химических элементов, какие свойства им характерны, каковы их особенности. Пусть вас не пугает, что элементов много. Некоторые так редко встречаются в природе, что их изучение дело лабораторное, а часть элементов вообще если и существуют, то очень короткое время. Но они есть, и спасибо Дмитрию Ивановичу, что предсказал многое. И главное - дал нам в руки мощный инструмент.