История таблицы Менделеева

Таблица Менделеева - одно из чудес науки. Совершенно немногим известно, что Дмитрий Иванович Менделеев - блестящий российский ученый XIX века - на самом деле занимался вовсе не составлением таблиц, а работами по изучению смесей этилового спирта и воды. В частности, его особенно сильно интересовал эффект, который заключается в том, что если смешать 500 мл воды и 500 мл этилового спирта, суммарный объем смеси не будет равен 1000 мл.

В ходе своих работ по изучению свойств химических элементов Д.И.Менделеев нашел закономерности в их химических свойствах. Вполне логичным было бы предположить, что если свойства химических элементов изменяются периодически, значит, эти самые элементы могут быть организованы в таблицу. Доподлинно неизвестно, приснилась ли всем известная таблица или она была выработана в ходе долгих лабораторных и теоретических изысканий, но то, что таблица Менделеева появилась на свет именно под пером этого великого русского ученого, теперь уже ни у кого не вызывает сомнений.

Нужно отметить, что в первоначальном варианте таблицы Менделеева не было такого числа химических элементов, которое видим сегодня мы. Причем речь, конечно, не идет только об f-элементах (радиоактивных актиноидах) и других тяжелых элементах, которые были открыты намного позже. Даже многие d-элементы были в то время еще неизвестны химикам. Поэтому многие клеточки в таблице Менделеева были незаполненными в первоначальном авторском варианте.

С другой стороны, Дмитрий Иванович Менделеев создал свою таблицу очень вовремя: именно на 19 век приходится открытие большинства наиболее широко ивзестных химических элементов. Как известно, химические элементы в таблице Менделеева располагаются последовательно, по мере увеличения заряда ядра элемента. Заряд ядра напрямую свзян с количеством электронов, входящих в состав атома, т.к. атом должен быть электрически нейтральным - число электронов (отрицательно заряженных элементарных частиц) равно числу протонов (положительно заряженных элементарных частиц, входящих в состав атомного ядра). Помимо протонов, в состав атомного ядра входят другие элементарные частицы - нейтральные нейтроны. Масса нейтронов приблизительно равна массе протонов и превосходит массу электрона в 1836 раз, поэтому химики при расчете химических реакций обычно берут массу химического элемента из таблицы Менделеева, в которой, как правило, масса электронов не учитывается. Однако при более точных расчетах - например в квантовой механике - массу электронов, входящих в состав атома, не учитывать нельзя.

В таблице Менделеева от одного химического элемента к другому увеличивается не только заряд ядра (т.е. число входящих в ядро положительно заряженных протонов), но и масса ядра. На сегодняшний день известен только один (самый легкий) химический элемент - водород - в состав которого входит только один протон. В ядра всех остальных, более тяжелых элементов, обязательно должен входить как минимум один нейтрон. Всё дело в том, что положительно заряженные протоны электростатически отталкиваются в атомном ядре, поэтому в составе ядра химического элемента должна быть нейтрально заряженная частица, которая бы связывала положительно заряженные протоны. Так, в атоме следующего в таблице Менделеева за водородом химического элемента гелия уже два протона. В наиболее стабильном нуклиде гелия - гелии-4 - два протона и два нейтрона. Если бы в ядро гелия входило бы меньшее число нейтронов, оно бы стало менее стабильным, т.к. один нейтрон уже не мог бы нейтрализовать электростатическое отталкивание двух положительно заряженных протонов. С другой стороны, если в состав ядра гелия входит три нейтрона (гелий-5) - уже сами нейтроны становятся менее связанными друг с другом и ядро становится нестабильным. Такие нестабильные ядра называются радиоактивными (от названия первого открытого нестабильного химического элемента - радия).

На данный момент в таблицу Менделеева входит уже 118 химических элементов, большая часть которых была открыта в 19 веке, но некоторые, наиболее тяжелые, элементы открываются учеными и в наши дни. Так, за последние 20 лет были синтезированы ядра химических элементов с номерами 110-118. У некоторых из них еще даже нет названия. Такие тяжелые химические элементы, прежде чем попасть в таблицу Менделеева, должны пройти несколько обязательных тестов, т.к. ученым нужно не только синтезировать несколько ядер химического элемента, но и успеть изучить его некоторые свойства, понять, что же из себя представляет новый химический элемент. Как правило, ядра сверхтяжелых химических элементов живут намного меньше секунды, поэтому для их изучения используются сверхточные и сверчувствительные методы исследования.