1380

Много различных способов предлагалось исследова­телями, чтобы как-нибудь яснее и резче выявить ха­рактерные черты Менделеевской таблицы.
Великий закон Менделеева в разное время изображали по-разному: то в виде полос и колонок, то закрученной спи­ралью на плоскости, то в сложном переплете каких-то дуг и линий.
Мы еще вернемся к попытке изложить таблицу в форме грандиозной спирали, а сейчас мы дадим ее так, как дает сов­ременная наука.
Давайте разберемся несколько в этой таблице и попытаемся понять ее глубокий смысл.
Прежде всего мы видим большое количество клеток. Они расположены семью горизонтальными рядами и разбиты вер­тикальными линиями на восемнадцать полос, или, как их назы­вают химики, групп. Впрочем, сейчас же отметим, что в боль­шинстве учебников таблица дается в несколько ином виде (ряды как бы сдвоены), но нам удобнее ее рассматривать имен­но так.
В первом ряду находится всего 2 элемента: водород (Н) и гелий (Не); во втором и третьем — по 8 химических элементов; в четвертом, пятом и шестом рядах — по 18 химических элемен­тов. Клетки этих шести рядов должны были бы занимать 72 хи­мических элемента, однако оказывается, что между клеткой № 57 и клеткой № 72 вставлено 14 элементов, сходных с ланта­ном, так называемых лантаноидов. Наконец, последний ряд со­держит, видимо, как и предыдущий, 32 клетки, но из них пока заполнена лишь часть.

Трудно себе представить возможность существования каких — либо химических элементов, расположенных перед первой клеткой, занятой водородом, так как ядро водорода — протон и нейтрон являются теми основными кирпичиками, из которых составлены ядра всех других атомов; нет сомнения, что водо­род правильно стоит в начале всей Менделеевской таблицы. Гораздо сложнее вопрос об ее конце. Последнее место долго занимал металл уран.

Однако при некоторых опытах получены были заурановые элементы. Следовательно, уран не кончает. Менделеевскую таб­лицу. За ним оказались занятыми еще и следующие клеточки.
Как мы видим по цифрам вверху каждой клеточки, все клет­ки пронумерованы. Номера идут подряд от первого. Они назы­ваются порядковыми номерами химических элементов, связаны с количеством электрических частиц, которые содержатся в эле­ментах, и потому являются очень важным и неотъемлемым свойством каждой клеточки, каждого элемента.
Например, число 30 в клетке, в которой стоит металл цинк с атомным весом 65,38, обозначает, с одной стороны, порядко­вый номер клетки, с другой — говорит, что атом цинка состоит из ядра с вращающимися вокруг него тридцатью электрически­ми частицами, называемыми электронами.




Тщетно пытались химики отыскать в природе элементы № 43, № 61, № 85 и № 87, анализировали различные минералы и соли, пытались найти в спектроскопе какие-либо еще не раз­гаданные линии. Много раз ошибались, печатали в журналах громкие статьи об открытии элементов, но все же эти четыре элемента ни на Земле, ни на нёбесных светилах не найдены. Их удалось теперь, однако, приготовить искусственно.
Один из них, № 43, по своим свойствам должен походить на марганец. Он и был назван Д. И. Менделеевым экамарганцем.
В настоящее время этот элемент искусственно получен и назван — технеций.
Второй расположен под иодом и обозначен № 85. Он должен обладать какими-то сказочными свойствами, должен быть еще более летучим, чем иод. Д. И. Менделеев назвал его эка- иод. Он тоже искусственно получен и назван — астатин или астат.
Третий такой же, долгое время бывший загадочным, элемент обозначен в нашей таблице № 87, его предсказывал еще сам Д. И. Менделеев, называя — экацезий. Он синтезирован и по­лучил имя — франций.
Наконец, четвертый элемент, которого не нашли ни на Зем­ле, ни на звездах,— это № 61. Он является одним из металлов редких земель. Он искусственно получен и обозначается име­нем — прометий.
Сейчас таблица элементов много полнее, чем в те времена, когда Д. И. Менделееву надо было разобраться в сложной кар­тине природы и написать первый проект таблицы.
Как мы уже говорили, каждая клетка под определенным номером занята одним химическим элементом. Однако физики показали, что в действительности дело обстоит сложнее. Так, в клетке № 17, судя по химическим свойствам, имеется один только атом газа хлора с маленьким ядром и семнадцатьн> электронами, которые, подобно планетам, окружают его со всех сторон. А между тем физики указывают, что хлора два: один потяжелее, другой нолегче. Но так как пропорция их везде оди­накова, то и средний вес всегда равен 35, 46.
А вот другой пример. Хорошо знакомая нам клетка № 30 занята цинком. Но и здесь физики показывают, что цинки есть разные, одни более тяжелые, другие более легкие, всего шесть разных сортов. Таким образом, оказывается, что хотя каждая клетка содержит один химический элемент с определенными природными свойствами, но сортов, или «изотопов», этого эле­мента бывает несколько. В иных случаях один, а в других — даже десять.
Конечно, это страшно заинтересовало геохимиков. Почему же все изотопы встречаются в строго определенных количе­ствах, почему не бывает в одном месте больше тяжелого, а в другом легкого элемента? Химики принялись за энергичную работу по проверке этого факта. Они взяли для анализов соли разного происхождения: простую поваренную из моря, из рез­ных озер, каменную соль, соль из Центральной Африки; выде­лили из каждого сорта соли газ хлор и неожиданно получили для атомного веса одинаковые числа. Взяли даже хлор из кам­ней, падающих с неба,— и здесь состав хлора оказался совер­шенно таким же. И то, что мы называем атомным весом, не из­менялось, откуда бы мы ни брали элемент.
Но недолго продолжалось торжество химиков. Другие ис­следователи попытались в лаборатории разделить эти тяжелые- и легкие изотопы атома. После сложной и долгой перегонки газа хлора удалось получить один газ, состоящий из более лег­ких атомов хлора, а другой — из более тяжелых. Химически оба эти хлора совершенно одинаковы, а вот веса у них раз­личные.
Это открытие изотопов каждого элемента усложнило всю» Менделеевскую таблицу. Так это казалось раньше просто — 92 клетки, в каждой клетке по одному химическому элементу- Номер говорит о числе электронов вокруг ядра, все так просто,, ясно и определенно! И вдруг оказывается, что это не так!
Вместо одного кислорода — их целых три, и веса их равны точно 15, 16 и 18. Но самое замечательное, что и у водорода три сорта атомов: один с весом 1, второй (дейтерий) — 2, а тре­тий (тритий) — 3. Последнего в природе очень мало, а вот дей­терий оказался необычайно интересным.
Химически это как будто простой водород, но по весу он вдвое тяжелее обычного. На больших заводах, которые разла­гают воду при помощи электрического тока, удалось получить чистый дейтерий, а из него — особую воду, в которой вместо легкого водорода — тяжелый. Оказалось, что тяжелая вода об­ладает особым свойством: она убивает жизнь (очень сильно действует на живые клетки). Словом, «ведет себя» совсем по-особому
После такой удачи химиков этой же проблемой занялись геохимики по отношению к природным телам. Ведь если в ре­тортах удалось разделить атомы водорода на разные сорта, то, наверное, это же делает и природа. Только в природе все хими­ческие процессы идут так неспокойно, так часто изменяется об­становка природных условий, расплавленных магм в глубинах или на земной поверхности, что вряд ли можно ожидать накоп­ления чистых изотопов, которые удалось получить на фабриках и в институтах. И действительно, оказалось, что в воде морей и океанов немножко больше тяжелой воды, чем в реках и в дож­де. Еще больше тяжелой воды содержится в некоторых мине­ралах. Открылся целый новый мир, который раньше не был доступен минералогу и геохимику.
Различие в природе между этими соединениями настолько ничтожно, что нужны самые тонкие методы химического и фи­зического анализа, чтобы суметь его найти.
Миллионные и даже тысячные доли грамма и сантиметра не­уловимы для минералога и геохимика, когда он изучает камни, воды и земли окружающей нас природы. Мы можем даже за­быть, что кислородов три, что цинков шесть, что кали^зв два, так ничтожны различия между ними, и скажем откровенно, так еще грубы наши методы исследования.
Только химики и физики при своих точных исследованиях научились разделять элементы на разные изотопы, и нет сомне­ния, что когда им удастся точнейшими методами изучить всю нашу природу, то они откроют величайшие законы геохимии, о которых мы еще не догадываемся.
Мы с вами пока можем забыть об изотопах. Для нас в каждой клетке Менделеевской таблицы стоит один определенный неиз­менный химический элемент. В клетке № 50 находится для нас одно олово, всегда и всюду одинаковое, дающее всюду одина­ковые химические реакции, встречающееся в природе в оди­наковых кристаллах, и всюду его атомный вес будет 118,7.
Менделеевская таблица не пострадала, когда были открыты изотопы, она только усложнилась в своих мельчайших деталях, а по существу осталась все такой же ясной, простой и четкой картиной природы, как ее рисовал нам Менделеев, предвидя своим гениальным умом ее огромное значение.
Вникнем поглубже в эту таблицу и рассмотрим, какое же значение имеет она для исследователей природы — для мине­ралогов и геохимиков.
Сначала посмотрим на каждый столбец клеток сверху вниз.
Вот первый — литий, натрий, калий, рубидий, цезий и фран­ций. Это все металлы, мы их называем щелочными. За исклю­чением искусственно полученного франция,- в природе они встречаются вместе. Мы хорошо знаем их соединения: для нат­рия — простую соль, которую вы употребляете за столом, для калия — селитру, из которой делают фейерверки.
Дальше идут очень редкие щелочные металлы, которые сейчас применяются в сложных электрических приборах. Но как ни различны все эти элементы, все они в химическом отно­шении похожи друг на друга.
Вот второй вертикальный столбец — здесь идут щелочно­земельные металлы, начиная с самого легкого, бериллия, и кон­чая знаменитым радием. И они походят друг на друга, образуя как бы одну семью.
Затем идет третий столбец — бор, алюминий, скандий, ит­трий, потом клетка с пятнадцатью редкоземельными элемен­тами и, наконец, актиний. В жизни нам хорошо известны толь­ко первые два элемента, которые играют в природе большую роль,— бор и алюминий. Первый входит составной частью в борную кислоту и в буру — ею пользуются при паянии. Вто­рой — в нефелин, полевой шпат, корунд, боксит, а в чистом виде его можно видеть в металлических изделиях, кастрюлях и ложках. Эта группа довольно сложная. Алюминий еще, пожа­луй, настоящий металл, а бор скорее металлоид, так как обра­зует с типичными металлами соли (например, бура).
Переходим к четвертому столбцу — углерод, кремний, титан, цирконий, гафний и, наконец, торий. Первые два важ­нейших химических элемента природы: углерод, образую­щий все многообразие живой природы и входящий в состав всех известняков, и кремний, о котором вы прочтете особую главу.
Затем идут пятый, шестой и седьмой столбцы. Это все осо­бые металлы, которые очень высоко ценятся в металлургии же­леза и прибавляются к стади для улучшения ее свойств.Дальше идет замечательная середина Менделеевской табли­цы — ее восьмой, девятый и десятый столбцы. Самая любопыт­ная особенность этой части таблицы заключается в том, что со­седние металлы очень близки друг к другу. Железо, кобальт и никель очень похожи друг на друга и в природе постоянно встре­чаются вместе; очень трудно их разделить и при химическом анализе. Не менее похожи друг на друга легкие платиновые ме­таллы — рутений, родий и палладий — и тяжелые платиновые металлы — осмий, иридий и платина.
За центром таблицы следуют четыре вертикальных столбца, занятые так называемыми тяжелыми металлами. Сюда отно­сятся медь, цинк, олово, свинец — все хорошо нам знакомые в жизни вещества.
Потом идет пятнадцатый столбец. Он начинается с газа азо­та, затем следуют летучий фосфор и мышьяк, полуметалличе- ская сурьма и, наконец, довольно типичный металл висмут. Этот столбец как бы намечает собой резкий переход к следую­щей части Менделеевской таблицы, ибо там мы уже не встре­чаем металлов с металлическим блеском и другими хорошо зна­комыми нам свойствами. Там идут вещества, которые химики назвали металлоидами: газы, жидкости или просто твердые не­металлы.
Очень характерен столбец шестнадцатый — кислород, сера, селен, теллур и еще загадочный полоний, дальше — семнадца­тый столбец, летучих веществ, сначала газов — водорода, фто­ра и хлора, затем жидкости — брома и, наконец, твердых, но тоже летучих кристаллов иода. Эту группу элементов (кроме водорода) химики назвали галогенами, ибо они образуют соли с щелочами. Об этом говорит и смысл греческого названия: «галогены» — значит — «солероды». Но вот и последний столбец, восемнадцатый. Это редкие, или благородные, газы. Они ни с чем не соединяются и пропитывают всю землю, все минералы, все окружающее нас в природе. Они начинаются с газа Солн­ца — легкого гелия — и кончаются замечательным газом радо­ном, атомы которого живут всего лишь несколько дней.

Print Friendly

Это интересно: