Главная | Обратная связь

Первые попытки систематизации

В 1789 году Антуан Лавуазье опубликовал список, состоящий из 33 химических элементов, распределив их по группам: газы, металлы, неметаллы и земельные элементы. Ученые-химики целый век искали более точную схему классификации. В 1829 году Иоганн Вольфганг Деберейнер заметил, что многие элементы могут быть сгруппированы в триады (группы из трех элементов) на основе их химических свойств. Например, литий, натрий и калий были сгруппированы в триаде под названием мягкие реактивные металлы. Деберейнер также открыл, что второй элемент каждой триады, организованной по атомному весу элементов, имел приблизительно среднюю арифметическую массу первого и третьего; это явление стало называться как «закон триад» (триады Деберейнера). Немецкий химик Леопольд Гмелин работал с этой системой и 1843 году он выделил десять триад, три группы по четыре элемента в каждой и одну группу из пяти элементов. В 1857 году Жан-Баптист Дюма в своей работе описал связи между различными группами металлов. Несмотря на то, что многие химики смогли определить взаимосвязи между малыми группами элементов, им еще предстояло создать одну схему, охватывавшую их всех.

В 1858 году немецкий химик Август Кекуле открыл, что углерод зачастую имеет четыре других атома, связанных с ним. Метан, допустим, имеет один атом углерода и четыре атома водорода. В конечном счете, это явление стало называться валентностью – различные элементы связаны с различным числом атомов.

В 1862 году французский геолог Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа опубликовал в свое работе раннюю форму периодической таблицы, назвав ее «Земной спиралью». Он был первым, кто заметил периодичность элементов. Элементы были расположены по спирали, нанесенной на поверхность цилиндра, в порядке увеличения атомной массы; де Шанкуртуа отметил частое циклическое повторение химических свойств по вертикали. В дополнение к элементам, он добавил в свою схему некоторые ионы и соединения. В его статье также используются геологические термины, нежели химические и не включает в себя схему; это привело к тому, что на работу де Шанкуртуа не обращали внимания до работ Дмитрия Менделеева.

В 1864 году немецкий химик Юлиус Лотар Мейер опубликовал таблицу, состоящую из 44 элементов, расположенных в зависимости от валентности. В таблице показано, что элементы с похожими свойствами часто имеют одну и ту же валентность. Одновременно с Мейером, английский химик Уильям Олдинг опубликовал таблицу, состоящую из 57 элементов, упорядоченных на основе их атомных масс. С некоторыми неточностями и пробелами, он заметил то, что, казалось, было периодичностью атомных масс между элементами и что это согласовывается с «их обычно принятыми классификациями». Олдинг намекал на идею периодического закона, но не занимался ею. Впоследствии в 1870 году он предложил классификацию элементов, основанную на валентности.

Английский химик Джон Ньюлендс в ряде своих работ в период с 1863 по 1866 год открыл что, когда элементы перечислялись в порядке возрастания атомной массы, похожие химические и физические свойства повторялись с интервалом в восемь элементов; он сравнил такую периодичность с системой октав в музыке. Это явление получило название «закон октав», однако, этот закон был высмеян современниками Ньюлендса и Химическое общество (научное сообщество Соединенного Королевства) отказалось публиковать эту работу. Тем не менее, Ньюлендс мог составить таблицу элементов и с помощью нее предсказать существование недостающих элементов, таких как германий. Химическое общество признало значимость его открытий только через пять лет после признания открытий Менделеева.

В 1867 году датский химик, работавший в Америке, Густав Хинрик опубликовал периодическую систему в виде спирали, основанную на атомных спектрах и массах и сходствах химических свойств. Его работу рассматривали как своеобразную, показную и запутанную и это, возможно, сказалось на том, что ее не признали и не приняли.

Таблица Менделеева

Русский химик профессор Дмитрий Менделеев и немецкий химик Юлиус Лотар Мейер независимо друг от друга опубликовали свои периодические таблицы в 1869 и 1870 годах, соответственно. Таблица Менделеева была его первой опубликованной версией таблицы, тогда как таблица Мейера была расширенным вариантом его собственной же таблицы 1864 года. Они оба построили свои таблицы, определяя элементы в строки и колонки в порядке атомной массы и каждая новая строка или колонка начиналась при повторении характеристик элементов.

Причина признания и одобрения таблицы Менделеева заключалась в двух решениях, которые он сделал. Первое состояло в том, что необходимо оставить пустые ячейки в таблице, там, где соответствующий элемент еще не был открыт или обнаружен. Менделеев не был первым, кто принял подобное решение, но он был первым, кто был признан, так как, учитывая закономерности в его таблице, можно спрогнозировать свойства тех недостающих элементов, таких как галлий и германий. Второй решение - местами пренебречь расположением элементов, основанного на атомных массах, и для лучшей классификации перенести такие смежные элементы, как йод и теллур, в химические семейства (группы). Позже, в 1913 году английский физик Генри Мозли определил экспериментальные значения заряда ядра или атомного числа каждого элемента и указал, что расположение элементов Менделеева фактически соответствует порядку возрастания атомного числа.

Значение атомных чисел в формировании периодической таблицы не было принято во внимание до тех пор, пока не стали понятны свойства и существование протонов и нейтронов. Для расположения элементов, в периодических таблицах Менделеева, используются значения атомной массы вместо атомного числа, - это сведения, определенные в свое время с высокой точностью. Подобный способ (используя атомную массу) работал достаточно хорошо и, в большинстве случаев (как было указано), показывал, что мог прогнозировать свойства недостающих элементов точнее, чем любой другой, известный в то время. Замена на атомные числа придавала элементам окончательную, основанную на целых значениях последовательность, и Мозли в 1913 году рассчитал, что атомные числа недостающих элементов между алюминием (атомное число – 13) и золотом (атомное число – 79), по состоянию на 1913 год, являются такими – 13, 61, 72 и 75, все они позже были открыты. Последовательность атомных чисел сегодня все еще используется, даже при создании и изучении новых синтетических элементов.