Путешествие в Страну элементов

Самым легким был водород; его атомный вес — единица. За ним шел литий, почти в семь раз более тяжелый. Гелий, который теперь занимает второе место в системе, тогда еще не обнаружили на Земле. За литием шли элементы с близкими атомными весами (⁹Be, ¹¹B, ¹²C, ¹⁴N, ¹⁶O и т. д.^[8]).

Менделеев, конечно, обратил внимание на столь большой разрыв в атомных весах соседних элементов, какой имел место между водородом и литием. Подобные разрывы обнаруживались и в некоторых других местах системы. Автор периодического закона совершенно справедливо считал, что решение этого вопроса раскроет внутреннюю природу элементов и приведет к выяснению их числа. По мнению Менделеева, некоторые элементы могли отсутствовать в системе из-за своей неустойчивости. Он писал, что есть немало элементов, «существование которых до некоторой степени подвержено сомнению, потому что нам не известна природа тех сил, которые производят так называемую элементарную форму материи». «Некоторые равновесия, — заключал Менделеев, — просто невозможны». Это было сказано задолго до открытия радиоактивности.

Указывал он и на то, что глубокое изучение физических и химических свойств урана — тогда последнего элемента — приведет к новым открытиям в физике и химии.

С 1875 года начали отыскиваться новые элементы, для которых Менделеев оставил пустые клетки в своей системе. В 1886 году был открыт уже третий из таких элементов — германий. Однако в том же году английский ученый Уильям Крукс говорил: «Мы смотрим на число элементов, на их отличительные свойства и спрашиваем себя: случайны или чем-нибудь обусловлены эти обстоятельства? Другими словами, могло ли быть только 7, или 700, или 7000 абсолютно различных элементов?»

Почему же возникали такие вопросы?

Прежде всего из-за неполноты тогдашних знаний о самих элементах. Периодический закон был открыт, а причина периодичности оставалась непонятной, так как в XIX веке почти ничего не знали о строении атома. Представление о заряде ядра появилось значительно позже, в начале второго десятилетия XX века. Раньше порядковый номер элемента был просто регистрационным номером в таблице элементов.

Поэтому не нужно удивляться тому, что Д. И. Менделеев мог делать уверенные предсказания только о недостающих внутри системы элементах на основании данных о всех соседях «невидимки». Но выйти за рамки системы он не мог.

Для иллюстрации сказанного приведем такой пример. Возьмем первые два периода системы элементов.

Если бы мы не знали, что порядковые номера химических элементов есть не что иное, как заряд ядра, который увеличивается ровно на единицу при переходе от одного элемента к другому, то не могли бы совершенно уверенно сказать, находятся ли еще какие-нибудь элементы между водородом и гелием и, точно так же, есть ли элементы выше водорода. Можно предполагать, например, существование в первом периоде элемента с атомным весом 3, аналогом которого являются фтор и другие галогены. Действительно, подобные предположения высказывались.

Как же в те годы решался вопрос о начале системы?

Опыт изучения легких элементов свидетельствовал, что все они широко распространены в природе. Поэтому высказывалось мнение о невозможности найти еще какие-либо новые, более легкие элементы. Однако начиная с 1894 года была открыта группа инертных газов, в том числе гелий, имеющий малый атомный вес (4). Вновь открытые элементы оказались химически недеятельными, а потому и малораспространенными. Таких элементов химики раньше не знали.

В течение десятков лет многие ученые высказывались в пользу идеи единства простых тел химии, считая все химические элементы построенными из одного, более легкого элемента, чем все до сих пор известные. Это было возрождением нашумевшей когда-то гипотезы Проута, полагавшего, что химические элементы построены из атомов водорода. Однако гипотеза Проута была опровергнута экспериментальными определениями величин атомных весов: у большинства элементов они вовсе не являются кратными атомному весу водорода.

Это было в начале XIX века, а в конце его стали говорить то о гипотетическом «протиле», то об элементе «коронии», спектр которого якобы наблюдался в солнечной короне. Поиски более легких элементов на Солнце объясняются, конечно, огромной температурой нашего светила, создающей условия для появления этих простых, как думали, элементов, из которых затем складываются более сложные.