Элементы предсказанные д и менделеевым. Свойства еще не открытых элементов периодической системы

При составлении периодической системы Д. И. Менделееву пришлось преодолеть немало трудностей, связанных с тем, что одни элементы в то время ещё не были открыты, свойства других были мало изучены, атомные массы третьих были определены неправильно. Учёный глубоко верил в правильность открытого им закона, был твёрдо убеждён в том, что периодический закон отражает объективную реальность. На основании периодической системы он исправил атомные массы ряда элементов, предсказал существование в природе нескольких ещё не открытых элементов и даже описал свойства этих элементов и их соединений. Эти элементы были открыты в течение последующих пятнадцати лет: в 1875 г. П. Э. Лекок де Буабодран открыл элемент номер 31, назвав его галлием; в 1879 г. Л. Ф. Нильсон открыл элемент номер 21 и назвал его скандием; в 1886 году К. А. Винклер открыл элемент 32, который был назван германием.

Менделеев предсказал физические и химические свойства этих трёх элементов на основании свойств окружающих их в таблице элементов. Например, атомную массу и плотность элемента номер 21 он рассчитал как среднее арифметическое атомных масс и плотностей бора, иттрия, кальция и титана.

Ниже в качестве примера приведены свойства элемента с порядковым номером 32 - германия, которые были предсказаны Менделеевым и впоследствии экспериментально подтверждены Винклером.

Свойства элемента № 32, Свойства германия, установленные

предсказанные Менделеевым в 1871 г.: опытным путём в 1886 г.:

атомная масса - 72; атомная масса - 72,6;

серый тугоплавкий металл; серый тугоплавкий металл;

плотность - 5,5 г/см3; плотность - 5,35 г/см3;

должен получаться восстановлением получается восстановлением оксида

оксида водородом; водородом;

формула оксида - ЭО2; формула оксида - GeO2;

плотность оксида - 4,7 г/см3; плотность оксида - 4,7 г/см3;

хлорид ЭCl4 - жидкость; хлорид GeCl4 - жидкость;

плотность ЭCl4 - 1,9 г/см3; плотность GeCl4 - 1,887 г/см3;

температура кипения ЭCl4 - 90 оС. температура кипения GeCl4 - 90 оС.

Открытие предвиденных Менделеевым элементов и блестящее совпадение предсказанных им свойств с установленными опытным путём привело к всеобщему признанию периодического закона.

Следует отметить, что Менделеев сомневался в возможности резкого перехода от таких активных неметаллов, какими являются галогены, к щелочным металлам. Он полагал, что этот переход должен быть более плавным. Вскоре это научное предвидение оправдалось: были открыты инертные газы. В периодической системе не было свободных мест для этих элементов, и они были выделены в самостоятельную группу. С целью подчеркнуть большую химическую инертность этих элементов группа была названа нулевой.

В настоящее время известно много вариантов периодической системы элементов, однако наиболее удобной остаётся таблица, предложенная Д. И. Менделеевым. В первоначальный вариант таблицы позже были внесены некоторые дополнения. Часть из них была сделана самим учёным.

К настоящему времени получен ряд соединений тяжёлых благородных газов, в которых степень окисления составляет +6 и +8 (XeF6, XeO3, XeO4 и др.). В связи с этим инертные газы включены в восьмую группу периодической системы, в которой они составляют главную подгруппу.

Периодическая система элементов Д. И. Менделеева.

Современная периодическая система элементов имеет семь периодов, из которых I, II и III называются малыми периодами, а IV, V, VI и VI - большими периодами. I, II и III периоды содержат по одному ряду элементов, IV, V и VI - по два ряда, VII период незаконченный. Все периоды, за исключением I, содержащего лишь два элемента, начинаются щелочным металлом и заканчиваются благородным газом.

ХОРЕЯ (от греч. choreia - пляска) (Виттова пляска), быстрые непроизвольные некоординированные движения, подергивания конечностей и т. п.; вид гиперкинеза. Признак органического поражения мозга при ревматизме (ревматическая, или малая, хорея) либо самостоятельное наследственное заболевание.

ДАРРЕЛЛ (Durrell) Джералд Малколм (1925-1995) , английский зоолог и писатель. Брат Л. Дж. Даррелла. Организатор и участник экспедиций за коллекциями животных в Африку, Юж. Америку, Австралию. Создал зоосад на о. Джерси (1958) для животных, находящихся под угрозой исчезновения. Популярные книги: "Земля шорохов" (1961), "Зоопарк в моем багаже" (1960), "Ковчег на острове" (1976) и др.

БУЛЬБЕНКОВА Ольга Николаевна (1835-1918) , создательница модной мастерской в Санкт-Петербурге в сер. 19 в., существовавшей до 1917 г., известной под названием "Г-жа Ольга". Особой популярностью пользовались изготовленные этой мастерской придворные парадные платья, так называемые "шлейфы". См. также шлейф.

В отличие от работ предшественников Менделеев исходил из допущения существования еще не открытых элементов на основе периодического изменения физических и химических свойств известных элементов. Им были оставлены в таблице пустые ячейки для ещё не открытых элементов и предсказаны их свойства. Чтобы дать предсказанным элементам «временные» названия, Менделеев использовал приставки «эка», «дви» и «три» (от санскритских слов «один», «два» и «три»), в зависимости от того, на сколько позиций вниз от уже открытого элемента с похожими свойствами находился предсказанный элемент. Так, германий до своего открытия в 1886 году носил название «экасилиций», а рений , открытый в 1926 году, назывался «двимарганец».

Первоначальные предсказания (1869-1870 годы)

Уже в первом варианте Периодической таблицы, опубликованном Д. И. Менделеевым в 1869 году, включено больше элементов, чем их было открыто на тот момент. В нём оставлены четыре свободные ячейки для еще неизвестных элементов и указаны их атомные веса (в «паях», близких по значению к массе атома водорода).

Развивая в 1869-1871 годах идеи периодичности, Д. И. Менделеев ввёл понятие о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. Для предсказания свойств простых веществ и соединений он исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими свойствами двух соседних элементов в группе периодической таблицы, двух соседних элементов в периоде и элементов по диагонали - так называемое «правило звезды». На этой основе, в частности, опираясь на результаты изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, исправил значения атомных масс 9 элементов. Предсказал в 1870 году существование, вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов - «экаалюминия», «экабора» и «экасилиция» . Затем предсказал существование ещё восьми элементов, в том числе «двителлура» - полония , «экаиода» - астата , «экамарганца» - технеция , «экацезия» - франция .

Предсказания Менделеева вызвали в научном мире скепсис и острую критику. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд , будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Роберт Бунзен , первооткрыватель рубидия и цезия , писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций », а Герман Кольбе в 1870 г. назвал работу Менделеева спекулятивной. Правота Менделеева была убедительно доказана, когда были открыты предсказанные им элементы: галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) - соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций.

Триумф Периодического закона

Более тяжёлый из двух гипотетических трансводородных элементов Менделеев отождествлял с коронием , получившим название по ассоциации с необъяснённой спектральной линией солнечной короны . Ошибочная калибровка прибора дала длину волны 531,68 нм, которая позже была исправлена на 530,3 нм. Эту длину волны Гротриан и Эдлен в 1939 году соотнесли с линией железа .

Легчайшему из газов нулевой группы, первому в Периодической таблице, приписывалась теоретическая атомная масса между 5,3·10 −11 и 9,6·10 −7 . Частицам этого газа, названного им ньютонием , Менделеев приписал кинетическую скорость порядка 2,5·10 6 м/с. Почти невесомые, частицы обоих этих газов, по Менделееву, должны были легко проходить через толщу материи, практически не вступая в химические реакции. Высокая подвижность и очень малая атомная масса трансводородных газов приводила бы к тому, что они могли быть очень разреженными, по внешним признакам оставаясь при этом плотными.

Позже Менделеев опубликовал теоретическую разработку об эфире . Книга, называвшаяся «Химическая концепция эфира», вышла в 1904 году, и в ней вновь содержалось упоминание о двух гипотетических инертных газах легче водорода, коронии и ньютонии . Под «эфирным газом» Менделеев понимал межзвёздную атмосферу, состоящую из двух трансводородных газов с примесями других элементов и образовавшуюся в результате внутренних процессов, идущих на звёздах.

Примечания

1. Kaji, Masanori (2002). “D.I.Mendeleev"s concept of chemical elements and The Principles of Chemistry ” (PDF) . Bulletin for the History of Chemistry . 27 (1): 4-16. Проверено 2011-02-14 .

При этом Менделеевым были оставлены в таблице пустые ячейки для ещё не открытых элементов и предсказаны их свойства. В статье, датированной 11 декабря (29 ноября по старому стилю) 1870 года Д. И. Менделеевым предсказаны свойства экабора (скандий), экаалюминия (галлий) и экасилиция (германий) .

Приставки

Чтобы дать предсказанным элементам «временные» названия, Менделеев использовал приставки «эка», «дви» и «три», в зависимости от того, на сколько позиций вниз от уже открытого элемента с похожими свойствами находился предсказанный элемент. Так, германий до своего открытия в 1886 году носил название «экасилиций», а рений , открытый в 1926 году, назывался «двимарганец».

Приставки для обозначения неоткрытых элементов Менделеев образовал от санскритских слов «один», «два» и «три».

В наше время приставку «эка» (реже «дви») используют для описания трансурановых или ещё не открытых элементов: экасвинец (флеровий), экарадон (оганесон), экаактиний или двилантан (унтриенний). Официальная практика ИЮПАК состоит в том, чтобы давать ещё не открытым или только что открытым элементам предварительное систематическое название, основанное на их зарядовом числе , а не на положении в Периодической таблице.

Первоначальные предсказания, 1870

Экасилиций и германий

Более тяжёлый из двух догелиевых элементов Менделеев отождествлял с коронием, получившим название по ассоциации с необъяснённой спектральной линией солнечной короны . Ошибочная калибровка прибора дала длину волны 531,68 нм, которая позже была исправлена на 530,3 нм. Эту длину волны Гротриан и Эдлен в 1939 году соотнесли с линией железа .

Легчайшему из газов нулевой группы, первому в Периодической таблице, приписывалась теоретическая атомная масса между 5,3·10 −11 и 9,6·10 −7 . Частицам этого газа Менделеев приписал кинетическую скорость порядка 2,5·10 6 м/с. Почти невесомые, частицы обоих этих газов, по Менделееву, должны были легко проходить через толщу материи, практически не вступая в химические реакции. Высокая подвижность и очень малая атомная масса трансводородных газов приводила бы к тому, что они могли быть очень разреженными, по внешним признакам оставаясь при этом плотными .

Позже Менделеев опубликовал теоретическую разработку об эфире. Книга, называвшаяся «Химическая концепция эфира», вышла в 1904 году, и в ней вновь содержалось упоминание о двух гипотетических инертных газах легче водорода, коронии и ньютонии . Под «эфирным газом» Менделеев понимал межзвёздную атмосферу, состоящую из двух трансводородных газов с примесями других элементов и образовавшуюся в результате внутренних процессов, идущих на звёздах.

Примечания

1. Kaji, Masanori (2002). «D.I.Mendeleev"s concept of chemical elements and The Principles of Chemistry ». Bulletin for the History of Chemistry 27 (1): 4–16.

Этот серебристый металл почти так же легок, как алюминий, а плавится при температуре, немногим меньшей, чем сталь.

Этого металла на земле в 60 раз больше, чем серебра, но стоит он намного дороже золота.

До последних лет техника не знала этого металла, он был одним из немногих «безработных» элементов периодической системы. Ныне с его помощью решена одна из важных проблем вычислительной техники.

Экабор Менделеева

1 марта 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев разослал в научные учреждения России и других стран первое изображение «Опыта системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Это был отдельный листок, мало похожий на известную теперь всему миру менделеевскую таблицу.

Таблица появилась двумя гидами позже.

В 1871 г. ее клетки, предназначенные для 21, 31 и 32-го элементов, занимали вопросительные знаки. Но рядом с ними, как и в других клетках, стояли цифры атомных весов.

Элемент №21 Менделеев предложил предварительно назвать экабором, «производя это название от того, что он следует за бором, а слог эка производится от санскритского слова, означающего один». Два других получили названия экасилиция и экаалюминия. В том же 1871 г. в статье, опубликованной в журнале Русского химического общества, Менделеев подробно описал свойства всех трех «эков».

«Экабор, – писал он, – в отдельности должен представлять металл... Этот металл будет не летуч, потому, что и все металлы в четных рядах во всех группах (кроме I) не летучи; следовательно, он едва ли может быть открыт обычным путем спектрального анализа. Воду во всяком случае он не будет разлагать при обыкновенной температуре, а при некотором возвышении температуры разложит, подобно тому, как это производят и многие, в этом краю помещенные металлы, образуя основной окисел. Он будет, конечно, растворяться в кислотах...»

Открытие экабора произошло еще при жизни Д.И. Менделеева, в 1879 г. Шведский химик Ларе Фредерик Нильсон, работая над извлечением редкоземельного элемента иттербия, обнаружил новую «редкую землю». Ее свойства поразительно совпадали со свойствами «открытого на кончике пера» экабора.

В честь Скандинавии Нильсон назвал этот элемент скандием.

Однако вещество, полученное шведским ученым, еще не было достаточно чистым. И Нильсон, и его современники, и многие химики последующих лет не смогли отделить этот редкий и рассеянный элемент от бесчисленных примесей.

Сравнительно чистый металлический скандий (94...98%) был получен лишь в 1937 г.

Не так редок, как рассеян...

Почти полвека потратили ученью на выделение элемента №21. Почему это произошло? Содержание скандия в земной коре составляет 2,2·10 –3 %. Это значит, что в земле его немного меньше, чем свинца, но почти в 500 раз больше, чем ртути. Однако и ртуть, и свинец имеют собственные руды; в состав некоторых минералов они входят в количестве до нескольких процентов, а скандий распределен по земной поверхности так, будто природа решила сделать его вездесущим, но неуловимым.

Наиболее богатый скандием минерал – тортвейтит – один из редчайших минералов. Самые значительные месторождения тортвейтита расположены на юге Норвегии и на Мадагаскаре. Насколько «богаты» эти месторождения, можно судить по таким цифрам: за 40 с лишним лет, с 1911 но 1952 г., на норвежских рудниках было добыто всего 23 кг тортвейтита. Правда, в последующее десятилетие в связи с повышенным интересом к скандию многих отраслей науки и промышленности добыча тортвейтита была предельно увеличена и в сумме достигла... 50 кг. Немногим чаще встречаются и другие богатые скандием минералы – стерреттит, кольбекит, больцит.

Зато в сотых и тысячных долях процента этот элемент встречается и в железных, и в урановых, и в оловянных, и в вольфрамовых рудах, и в низкосортных углях, и даже в морской воде и водорослях. Несмотря на такую рассеянность, были разработаны технологические процессы получения скандия и его соединений из различных видов сырья. Вот как выглядит, например, один из способов получения окиси скандия, разработанный чехословацкими учеными.

Первая стадия – обжиг отходов обработки вольфрамовых руд. При этом выжигаются летучие компоненты. Твердый остаток разлагают концентрированной серной кислотой, добавляют воду и аммиаком осаждают из раствора гидроокись скандия. Затем ее высушивают и прокаливают в газовой печи при 600...700°C. В результате получают светло-розовый порошок окиси скандия с довольно значительными примесями твердой кремневой кислоты и различных окислов, в первую очередь окиси железа. Эти примеси можно удалить, растворяя порошок в чистой соляной кислоте с последующим выделением разных фракций. Кремневую кислоту удаляют с помощью раствора желатины, а образовавшееся хлорное железо – методом эфирной экстракции.

Затем следует еще серия операций, в которых участвуют различные кислоты, роданистый аммоний, вода, эфир. Снова выпарка, промывка, сушка.

Очищенную окись скандия еще раз растворяют в соляной кислоте и щавелевой кислотой осаждают оксалат скандия. Его прокаливают при 1100°C и превращают в окись.

Получение металлического скандия из окисла – не менее трудоемкий процесс. По данным Эймской лаборатории США, наиболее целесообразно превратить окись скандия во фторид. Этого достигают, обрабатывая ее фтористым водородом или бифторидом аммония NH 4 F · HF. Чтобы переход Sc 2 O 3 в ScF 3 был полным, реакцию проводят дважды.

Восстанавливают фтористый скандий в танталовых тиглях с помощью металлического кальция. Процесс начинается при 850°C и идет в атмосфере аргона. Затем температура повышается до 1600°C. Полученный металлический скандии и шлак разделяют при переплавке в вакууме. Но и после этого слиток скандия не будет достаточно чистым. Главная примесь в нем – от 3 до 5% тантала.

Последняя стадия очистки – вакуумная дистилляция. Температура 1650...1750°C, давление 10 –5 мм ртутного столба. После окончания операции в слитке будет около 95% скандия. Дальнейшая очистка, доведение скандия до чистоты хотя бы 99% – еще более сложный многоступенчатый процесс.

Несмотря на это, ученые идут все дальше, стремятся достигнуть максимальной чистоты редкого металла, изучают свойства его соединений, разрабатывают новые методы их получения. В последнее время важное значение приобрело попутное извлечение скандия из урановых руд.

О том, как стремительно растет интерес к скандию, можно судить по количеству книг, брошюр и статей о нем и его соединениях. Если в 40-х годах всю мировую литературу по скандию можно было буквально сосчитать по пальцам, то сейчас известны уже тысячи публикаций.

Блеск и нищета элемента №21

Чем же ценен скандий?

Прежде всего он обладает редким сочетанием высокой теплостойкости с легкостью. Плотность алюминия 2,7 г/см 3 , а температура плавления 660°C. Кубический сантиметр скандия весит 3,0 г, а температура плавления этого металла 1539°C. Плотность стали колеблется (в зависимости от марки) в пределах 7,5...7,9 г/см 3 , температуры плавления различаются в довольно широких пределах (чистое железо плавится при температуре 1530°C, на 9° ниже, чем скандий).

Сравнение этих важнейших характеристик скандия и двух самых важных металлов современной техники явно в пользу элемента №21.

Кроме того, он обладает прекрасными прочностными характеристиками, значительной химической и коррозионной стойкостью.

Благодаря этим свойствам скандий мог бы стать важным конструкционным материалом в авиации и ракетостроении. В США была предпринята попытка производства металлического скандия для этих целей, но стало ясно, что скандиевая ракета оказалась бы слишком дорогой. Даже отдельные детали из скандия очень сильно увеличивали ее стоимость.

Пытались найти применение скандию и в металлургии. Рассчитывали использовать его в качестве легирующей добавки к чугуну, стали, титано-алюминиевым сплавам. В ряде случаев были получены обнадеживающие результаты. Например, добавка 1% скандия в алюминий увеличивала прочность сплава в полтора раза. Но и немногие проценты металлического скандия слишком удорожали сплав...

Искали применения скандию и в ядерной технике, и в химической промышленности, но в каждом случае многозначные цифры цены сводили на нет достоинства элемента №21. Отсюда, конечно, не следует, что эти работы были бесполезными. Напротив, они имели исключительно важное значение, так как помогали выяснить, при каких условиях в настоящем и будущем применение скандия было бы; целесообразным.

В последние годы стоимость скандия, его соединений и сплавов постепенно уменьшается. Если в 1959 г. килограмм окиси скандия стоил в США от 15 до 30 тыс. долларов, то через год – уже меньше девяти тысяч. Металлический скандий в это же время стоил соответственно 70 и 45 тыс. долларов. Однако и последние цифры трудно назвать иначе, как астрономическими.

Поскольку окись скандия в несколько раз дешевле чистого металла, ее применение в некоторых случаях могло бы оказаться экономически оправданным. У этого невзрачного, очень обыкновенного на вид порошка не было достоинств, столь очевидных, как у самого металла, но...

Скандий и математика

Совершим краткий экскурс в один из разделов вычислительной техники.

Важнейший узел любой электронной вычислительной машины – это запоминающее устройство. Его роль сводится к тому, чтобы накапливать в машине поступающую информацию.

Вид запоминающего устройства во многом определяет тип всей машины. У разных машин оперативная память разная. В одних ее функции выполняют электронно-лучевые трубки, в других основой запоминающего устройства служат ферритовые ячейки. Этот тип оперативной памяти наиболее распространен и вот почему: ферритовая память более надежна; кроме того, она хранит полученную информацию неограниченно долго, не требуя на это затрат энергии.

Как и большинство устройств электронно-вычислительной машины, магнитная память работает по принципу «да – нет»: либо сигнал имеется, либо отсутствует. Если через обмотку ферритового сердечника подать положительный сигнал, то сердечник намагнитится в одном направлении, если отрицательный – в противоположном направлении.

При снятии сигнала ферритовый сердечник остается намагниченным, причем направление намагниченности сохраняется. Состояние сердечника будет характеризовать записанный сигнал. Как прочесть его?

Через обмотку ферритовой ячейки подается сигнал определенной полярности, например положительной. Если направление магнитного потока, создаваемого сигналом, противоположно направлению магнитного потока в сердечнике, произойдет его перемагничивание, и в выходной обмотке возникнет электродвижущая сила. Если же магнитные потоки сигнала и сердечника совпадают по направлению, то на выходной обмотке сигнал не возникнет. Таким образом отличают, какой сигнал был записан в данной ячейке. Естественно, что чем больше перемагничиваний могут выдержать в единицу времени ферритовые ячейки, тем выше быстродействие машины. Обычно ферриты, применяемые в системах магнитной памяти, изготовляют из окислов железа, магния и марганца, и они обладают остаточной индукцией примерно 2000...3000 Гаусс. Они способны перемагничиваться примерно 300 тыс. раз в секунду, т.е. ежесекундно передавать 300 тыс. единиц информации. При большей частоте перемагничивания они быстро разогреваются и теряют свои замечательные магнитные свойства.

В связи с колоссальной сложностью задач, которые приходится решать электронно-счетным машинам, эта скорость стала недостаточной. Появилась потребность в новых ферримагнитных материалах, которые позволили бы увеличить быстродействие электронных машин. Советские физики Д.Е. Бондарев и Ю.В. Басихин в начале 60-х годов разрабатывали ферриты с пониженной остаточной индукцией, которые можно было бы изготовлять не изменяя существующей технологии. Испытывались различные композиции, но технология приготовления ферритов новых марок почти не отличалась от традиционной. Вскоре были получены ферриты с окисью скандия, индукция которых не превышала 800...1000 Гаусс. Это в 3 раза меньше, чем у обычных! Поэтому же намного уменьшился разогрев сердечников при высокочастотном перемагничиваний, что позволило создать систему магнитной памяти, в два-три раза более быстродействующую, чем обычные. Такая память меньше реагирует на помехи и работает во много раз надежнее.

Так начался путь скандия в технику будущего.

Сравните...

Утвердитель периодического закона

«Утвердителями», «укрепителями» периодической системы элементов называл Менделеев ученых, которые своими открытиями подтвердили прогнозы, сделанные им на основе периодического закона. В первую очередь эти «титулы» заслужили трое ученых, обнаруживших в минералах предсказанные Менделеевым элементы: экаалюминий. экабор, экасилиций.

Первым из «утвердителей» был, как известно, французский химик Лекок де Буабодран – в 1875 г. он нашел в цинковой обманке экаалюминий – галлий.

Нильсон был вторым. Четыре года спустя после открытия Буабодрана ему посчастливилось обнаружить в минерале ауксените предсказанный Менделеевым экабор. А еще через семь лет немецкий ученый Клеменс Винклер впервые получил экасилиций – германий.

Швед Ларе Фредерик Нильсон, уроженец сурового острова Готланд, был разносторонне образованным ученым – в Упсальском университете он изучал химию, геологию, биологию. Кроме первоклассного образований и природной одаренности, его успехам в науке способствовали еще два крайне важных обстоятельства – работа в молодости под руководством замечательного шведского химика Йенса Якоба Берцелиуса и открытие Менделеевым периодического закона, вооружившее ученых всего мира картой химического континента.

Более всего Нильсон занимался изучением редких элементов. Крупнейшим его достижением, помимо открытия элемента №21 – скандия, было установление в 1884 г. правильного атомного веса бериллия (совместно со шведским химиком О. Петерсоном).

Последние 17 лет своей жизни Нильсон занимал профессорскую кдфедру в Стокгольмской сельскохозяйственной академии. Он сделал немало для повышения урожайности полей в Швеции и особенно на своем родном острове Готланд.

Скандий и фосфоры

Фосфорами (не путать с фосфором) называются вещества, способные довольно долго светиться в темноте. Одно из таких веществ – сульфид цинка ZnS. Если облучить его инфракрасными лучами, он начинает светиться и еще долго светится после прекращения облучения. Установлено, что добавка скандия к сульфиду цинка, активированному медью, дает более яркое свечение, чем обычно. Скандий увеличивает свечение и других фосфоров, в частности окиси магния MgO.

Чтобы воздух был чище

При производстве пластмасс, инсектицидов и растворителей выделяются довольно значительные количества хлористого водорода. Это ядовитый газ, выброс которого в атмосферу недопустим.

Конечно, можно было бы связывать его водой и вырабатывать соляную кислоту, но получение кислоты таким методом, мягко говоря, влетало бы в копеечку. Больших затрат требовало и разложение HCl электролизом, хотя метод каталитического разложения хлористого водорода был предложен более 100 лет назад. Катализатором служила хлористая медь. Однако эффективным этот процесс был лишь при 430...475°C. А при этих условиях катализатор улетучивается... Выход был найден: к основному катализатору – хлористой меди – добавили микроколичества хлоридов иттрия, циркония, тория, урана и скандия. На таком катализаторе температура разложения хлористого водорода снизилась до 330...400°C, и улетучивание хлористой меди стало значительно меньше. Новый катализатор служит гораздо дольше старого, и воздух над химическими заводами надежно очищается от вредного хлористого водорода.

Скандий в устье темзы

Радиоактивный изотоп скандия и атомной массой 46 в 1954...1955 гг. использовали для определения движения ила в устье Темзы. Соль, содержавшую скандий-46, смешивали с толченым стеклом и опускали на морское дно в контейнере. Там контейнер открывался, и смесь, плотность которой соответствовала плотности ила, рассыпалась по дну. Излучение отмечали с катера специальным прибором. Скандий-46 выбрали потому, что он обладает достаточно интенсивным излучением и идеальным для такого рода исследований периодом полураспада – 83,9 суток. Что же оказалось? Большая часть грязи, выносимой Темзой в море, в скором времени возвращается обратно в русло реки. Пришлось разрабатывать новую технику очистки устья реки от наносов. Изучение движения ила и гальки в море с помощью изотопа скандия проводилось также в Польше и Франции.

Скандий-46 – один из десяти искусственных радиоактивных изотопов элемента №21. Другие радиоизотопы скандия практического применения пока не нашли. Природный скандий состоит из единственного изотопа – скандия-45.

По легенде, мысль о системе химических элементов пришла к Менделееву во сне, однако известно, что однажды на вопрос, как он открыл периодическую систему, учёный ответил: «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг… готово».

Неожиданная мысль
1 марта 1869 года. В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на случайном листке бумаги стал записывать химические символы, а потом и вовсе, прервав завтрак, удалился в свой кабинет. Закрывшись, достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства. На тот момент их было известно 63. Разложив эти карточки, Дмитрий Иванович стал расставлять их, переставлять с места на место, раскладывать словно «химический пасьянс».

Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.

В тот день начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов. А вслед за ней и Периодический закон Менделеева.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату «17 февраля 1869 года» (это по старому стилю). Позднее, отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам.

ТАК БЫЛ ОТКРЫТ ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН, СОВРЕМЕННАЯ ФОРМУЛИРОВКА КОТОРОГО ТАКОВА: «СВОЙСТВА ПРОСТЫХ ВЕЩЕСТВ, А ТАКЖЕ ФОРМЫ И СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ НАХОДЯТСЯ В ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЗАРЯДА ЯДЕР ИХ АТОМОВ».

Менделееву тогда было всего 35 лет.

Н.А.Ярошенко. Портрет Дмитрия Менделеева

18 марта 1869 года в Журнале Русского химического общества был опубликован от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: «Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин».

Периодический закон Д. И. Менделеева имеет исключительно большое значение. Он положил начало современной химии, сделал ее единой, целостной наукой. Элементы стали рассматриваться во взаимосвязи, в зависимости от того, какое место они занимают в периодической системе. Открытие Периодического закона ускорило развитие химии и открытие новых химических элементов.

На основе периодического закона и периодической системы Д. И. Менделеева быстро развивалось учение о строении атома. Как указывал Н. Д. Зелинский, периодический закон явился «открытием взаимной связи всех атомов в мироздании».

Критика со стороны западных коллег

Не все зарубежные химики сразу оценили значение открытия Менделеева. Уж очень многое оно меняло в мире сложившихся представлений. Так, немецкий физикохимик Вильгельм Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Немецкий химик Роберт Бунзен, открывший в 1861 году два новых щелочных элемента, рубидий Rb и цезий Cs, писал, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций».

Профессор Лейпцигского университета Герман Кольбе в 1870 году назвал открытие Менделеева «спекулятивным». Кольбе отличался грубостью и неприятием новых теоретических воззрений в химии. В частности, он был противником теории строения органических соединений и в свое время резко обрушился на статью Якоба Вант-Гоффа «Химия в пространстве». Позднее Вант-Гофф за свои исследования стал первым Нобелевским лауреатом. А ведь Кольбе предлагал таких исследователей, как Вант-Гофф, «исключить из рядов настоящих ученых и зачислить их в лагерь спиритов»!

С каждым годом Периодический закон завоевывал все большее число сторонников, а его открыватель — все большее признание. В лаборатории Менделеева стали появляться высокопоставленные посетители, в том числе даже великий князь Константин Николаевич, управляющий морским ведомством.

Предсказание и триумф Менделеева

Химия благодаря Менделееву перестала быть описательной наукой. С открытием периодического закона в ней стало возможным научное предвидение. Появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения, еще не открытые. Блестящий пример тому — предсказание Д. И. Менделеевым существования еще не открытых в его время элементов, из которых для трех — Ga, Sc, Ge — он дал точное описание их свойств.

Вслед за неожиданной критикой со стороны западных коллег, наконец, пришло время триумфа.

В 1875 году французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл вюртците, предсказанный Менделеевым «экаалюминий» и назвал его в честь своей родины галлием Ga (латинское название Франции — «Галлия»). Скромный француз писал:

«Я ДУМАЮ, НЕТ НЕОБХОДИМОСТИ НАСТАИВАТЬ НА ОГРОМНОМ ЗНАЧЕНИИ ПОДТВЕРЖДЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ВЫВОДОВ ГОСПОДИНА МЕНДЕЛЕЕВА».

Заметим, что в названии элемента есть намек и на имя самого Буабодрана. Латинское слово «галлус» означает петух, а по-французски петух — «ле кок». Это слово есть и в имени первооткрывателя. Что имел в виду Лекок де Буабодран, когда давал название элементу — себя или свою страну — этого, видимо, уже никогда не выяснить.

Доподлинно известно, что Дмитрий Иванович Менделеев точно предсказал свойства экаалюминия: его атомную массу, плотность металла, формулу оксида El2O3, хлорида ElCl3, сульфата El2(SO4)3. После открытия галлия эти формулы стали записывать как Ga2O3, GaCl3 и Ga2(SO4)3. Менделеев предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл, и действительно, температура плавления галлия оказалась равной 29,8 оС. По легкоплавкости галлий уступает только ртути Hg и цезию Cs.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл скандий, предсказанный Менделеевым как экабор Eb. Нильсон писал:

«НЕ ОСТАЕТСЯ НИКАКОГО СОМНЕНИЯ, ЧТО В СКАНДИИ ОТКРЫТ ЭКАБОР… ТАК ПОДТВЕРЖДАЮТСЯ НАГЛЯДНЕЙШИМ ОБРАЗОМ СООБРАЖЕНИЯ РУССКОГО ХИМИКА, КОТОРЫЕ НЕ ТОЛЬКО ДАЛИ ВОЗМОЖНОСТЬ ПРЕДСКАЗАТЬ СУЩЕСТВОВАНИЕ СКАНДИЯ И ГАЛЛИЯ, НО И ПРЕДВИДЕТЬ ЗАРАНЕЕ ИХ ВАЖНЕЙШИЕ СВОЙСТВА».

Скандий получил название в честь родины Нильсона Скандинавии, а открыл он его в сложном минерале гадолините.

В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик Клеменс Винклер при анализе редкого минерала аргиродита обнаружил еще один элемент, предсказанный Менделеевым. Винклер назвал открытый им элемент германием Ge в честь своей родины, но это почему-то вызвало резкие возражения со стороны некоторых химиков. Они стали обвинять Винклера в национализме, в присвоении открытия, которое сделал Менделеев, уже давший элементу имя «экасилиций» и символ Es. Обескураженный Винклер обратился за советом к самому Дмитрию Ивановичу. Тот объяснил, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название.

В 1905 ГОДУ МЕНДЕЛЕЕВ НАПИСАЛ: «ПО-ВИДИМОМУ, ПЕРИОДИЧЕСКОМУ ЗАКОНУ БУДУЩЕЕ НЕ ГРОЗИТ РАЗРУШЕНИЕМ, А ТОЛЬКО НАДСТРОЙКИ И РАЗВИТИЕ ОБЕЩАЕТ, ХОТЯ КАК РУССКОГО МЕНЯ ХОТЕЛИ ЗАТЕРЕТЬ, ОСОБЕННО НЕМЦЫ».

Почему не получил Нобелевскую премию

Как известно, Менделеев, как и Толстой, Чехов, Горький неожиданно для всех не были удостоены международной премии Нобеля. По этому поводу даже на заседании бюро Отделения физико-математических наук АН СССР 1 ноября 1955 г. был заявлен отказ от выдвижения советских ученых на Нобелевскую премию 1956 г. (в протоколе это пункт 19). Мотив такой:

«Эту премию нельзя считать международной ввиду того, что Нобелевский комитет в свое время не считал нужным присудить эту премию выдающимся деятелям науки и культуры нашей страны (Д.И.Менделеев, Л.Н.Толстой, А.П.Чехов, М.Горький)»

Мотив очень веский. Но авторы этого заявления не учли любопытный факт, о котором обычно не говорят вслух. Если быть еще точнее — он не могли знать об этом, ведь гриф секретности был снят гораздо позже и то, что происходило в первом десятилетии XX века в Нобелевском комитете стало известно только в 1960-е годы.

Было установлено, что великий химик Дмитрий Иванович Менделеев, скончавшийся 73 лет от роду 2 февраля 1907 г., номинировался (выставлялся) на Нобелевскую премию (которая, напомним, присуждается с 1901 г.) трижды — в 1905, 1906 и 1907 гг. Однако на тайном голосовании, которое проводилось членами Императорской академии наук, его кандидатура постоянно проваливалась, и одной из самых веских причин — создателя Периодической системы элементов номинировали исключительно иностранцы, а не соотечественники. Все это отображено в архивах Королевской академии наук в Стокгольме.

Так получилось, что отстаивали великое открытие и приоритет русского мыслителя лишь иностранные ценители его творчества, шведы прежде всего. Что же касается отечественного научного сообщества, то оно, по свидетельству С.Ю.Витте, всколыхнулось

«ТОЛЬКО ТОГДА, КОГДА ОН УМЕР» И КОГДА «НАЧАЛИ КРИЧАТЬ, ЧТО МЫ ПОТЕРЯЛИ ВЕЛИКОГО РУССКОГО УЧЕНОГО. ХОРОШО ЕЩЕ, ЧТО РОССИЯНЕ ОТДАЛИ ЕМУ ЭТУ ЧЕСТЬ ПОСЛЕ СМЕРТИ ЕГО, ХОТЯ ДЛЯ МЕНДЕЛЕЕВА БЫЛО БЫ ПРИЯТНЕЕ, ЕСЛИ БЫ БЫЛИ ОЦЕНЕНЫ ЕГО ДОСТОИНСТВА ВО ВРЕМЯ ЕГО ЖИЗНИ»

Одними из главных причин — почему среди его номинаторов (ученых, наделенных правом выдвигать кандидатов) не оказалось ни одного соотечественника, были зависть недоброжелателей и довольно тяжелый характер ученого. Об этом также в своих мемуарах упоминал Министр финансов Витте.

Но помимо сложности характера было нечто другое.

Менделеев был патриотом своей страны и свободным в поиске истины и потому неудобным власти. Мало кто знает, что ученого с мировым именем, автора фундаментальных исследований по химии, физике, метрологии, воздухоплаванию, метеорологии, сельскому хозяйству, экономике и химической технологии еще в 1880 году выгнали (по другой версии — он сам ушел) из университета из-за конфликта с министром просвещения, который во время студенческих волнений отказывается принять от Менделеева петицию студентов.

И. Н. Крамской. Д. И. Менделеев. 1878.

Однако существовала и вполне объективная составляющая, ограничивавшая возможность его выдвижения на Нобелевскую премию. Дело в том, что одним из главнейших требований в течение первых четырех десятилетий функционирования нобелевских учреждений была непременная новизна открытия. Это требование, повторенное в уставе, предусмотрел сам Альфред Нобель в своем завещании. И оттого научный прорыв Менделеева в создании Периодической системы элементов, датируемый 1869 г., когда он опубликовал свой «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сродстве», никак не укладывался в прокрустово ложе строго выполнявшегося устава.

Но есть еще одна версия, почему Менделеев не получил премии.

Борясь с хищническим потреблением углеводородов, Менделеев вступает и в конфликт с Людвигом Нобелем, старшим братом знаменитого Альфреда, и его сподвижниками. Пользуясь нефтяным кризисом и стремясь к монополии на добычу и перегонку бакинской нефти, Нобели спекулировали слухами о ее истощении. Менделеев доказал необоснованность подобных слухов к неудовольствию Нобеля. Между прочим, именно Менделеев еще в 1860-е годы предложил строительство нефтепроводов и доставку с их помощью сырой нефти в Центральную Россию. Однако Нобели, хорошо сознавая выгоду в этом для государства Российского, отнеслись к его предложению крайне отрицательно, поскольку увидели в этом ущерб собственному монополизму. Однако ровно через 20 лет Нобели с успехом внедряют предложение Менделеева как собственное.

Научный авторитет Д. И. Менделеева был огромен. Список титулов и званий его включает более ста наименований. Практически всеми российскими и большинством наиболее уважаемых зарубежных академий, университетов и научных обществ он был избран своим почётным членом. Тем не менее, свои труды, частные и официальные обращения он подписывал без указания причастности к ним: «Д. Менделеев» или «профессор Менделеев», крайне редко упоминая какие-либо присвоенные ему почётные звания.

В приватном письме С. Ю. Витте, оставшемся неотправленным, Д. И. Менделеев, констатируя и оценивая свою многолетнюю деятельность, называет «три службы Родине»:

«Плоды моих трудов — прежде всего в научной известности, составляющей гордость — не одну мою личную, но и общую русскую… Лучшее время жизни и её главную силу взяло преподавательство… Из тысяч моих учеников много теперь повсюду видных деятелей, профессоров, администраторов, и, встречая их, всегда слышал, что доброе в них семя полагал, а не простую отбывал повинность… Третья служба моя Родине наименее видна, хотя заботила меня с юных лет по сих пор. Это служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности…»

20 января в 5 часов 20 минут остановилось сердце ве-ликого русского человека и великого ученого…

В день похорон ударила оттепель. Снег превратился в мокрую кашу. Фонари, увитые черным флером, тускло мерцали сквозь туманную дымку» Многотысячная процессия долго тянулась по улицам Петербурга к Волкову кладбищу. И когда все собрались у могилы, уже наступили ранние сумерки короткого северного дня.

«Великий учитель! Слава земли русской! — говорил на могиле Д. Коновалов, ученик Менделеева. — Твои заветы не умрут. Твой дух будет всегда жив между нами и всегда будет вселять веру в светлое будущее. Да будет легка тебе родная земля!»

Стало быстро темнеть. Толпа начала медленно расходиться, и вскоре на месте похорон осталось небольшое возвышение из мерзлой земли, утопавшее в цветах и венках. Рядом, прислоненная к стенке склепа, гордо возвышаясь над цветами, стояла картонная таблица с периодической системой, сорванная студентами Технологического института с аудиторной стены. И это необычное соседство серого тусклого картона с цветами и вывороченной землей придавало волнующую многозначительность и торжественность свершившемуся.

Ровно через год на могиле Менделеева собрались на панихиду родственники, друзья, коллеги. В скорбном молчании столпились они у слегка возвышающегося над землей цементного склепа, окруженного гранитными тумбами с железными цепями. Над могилой возвышалась гранитная глыба, увенчанная массивным крестом. Из-за сильных морозов каменщики успели выбить на граните только три слова: Дмитрий Иванович МЕНДЕЛЕЕВ.

Эта недоделка особенно смущала вдовствующую Анну Ивановну. И вдруг прямо за ее спиной кто-то произнес: «Как хорошо, что на памятнике нет ничего, кроме имени — Дмитрий Иванович Менделеев, — именно на этой могиле ничего другого и не нужно писать».

И на памятнике не появилось ни бюста Дмитрия Ивановича, ни барельефа, ни цитат, ни полного титула, которым он так никогда и не пожелал подписаться при жизни…

Дмитрий Иванович Менделеев
(27 января 1834, Тобольск — 20 января 1907, Санкт-Петербург)

Русский учёный-энциклопедист: химик, физикохимик, физик, метролог, экономист, технолог, геолог, метеоролог, нефтяник, педагог, воздухоплаватель, приборостроитель. Профессор Санкт-Петербургского университета; член-корреспондент по разряду «физический» Императорской Санкт-Петербургской Академии наук. Среди наиболее известных открытий — периодический закон химических элементов, один из фундаментальных законов мироздания, неотъемлемый для всего естествознания. Автор классического труда «Основы химии».