Периодический закон и система химических элементов Д.И. Менделеева

Химическим элементом принято называть вид атомов с одинаковым зарядом ядра (числом протонов), совпадающим с порядковым или атомным номером в Периодической системе элементов Дмитрия Ивановича Менделеева (1834 - 1907).

К 1830 г. было открыто 55 химических элементов, причем значительное количество из них – в рекордно короткие сроки. В связи с постоянно растущим числом вновь открытых видов атомов, сильно различающихся по своим свойствам, встал вопрос о об их систематизации и классификации. На протяжении нескольких десятков лет исследователями велся поиск закономерности, связывающих в единое целое все разнообразие известных элементов, предлагались различные классификационные схемы, однако, в предлагаемые варианты систем многие элементы по-прежнему «не вписывались». Используя идею расположения частиц в порядке возрастания атомных весов, выдвинутую французским геологом и химиком Б. Де Шанкуртуа (Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois; 1820 - 1886), англичанин Дж. Ньюлендс (John Newlands; 1837 - 1898) в 1865 г. опубликовал новую таблицу элементов, назвав её «законом октав». Пронумеровав элементы и сопоставив их номера со свойствами, Ньюлендс пришел к следующему выводу: «Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке…». Тем самым впервые была высказана идея о гармоничной периодичности в изменениях свойств элементов.

Наконец, в марте 1869 г. Д. И. Менделеев после напряженной работы представил Русскому химическому обществу сообщение об открытии им Периодического закона химических элементов. Предсказывая свойства простых веществ и их соединений, Д.И. Менделеев исходил из того, что свойства каждого элемента являются промежуточными между соответствующими параметрами двух соседних элементов в группе периодической таблицы (т. е. сверху и снизу) и одновременно двух соседних элементов в периоде (слева и справа).

В 1871 г. в итоговой статье «Периодическая законность химических элементов» Д.И. Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомного веса». Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (т.н. «короткий вариант»).

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности фундаментальным законом природы. Более того, он не только взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые в то время атомные веса некоторых элементов, но и подробно описать свойства еще целого ряда неоткрытых.

На протяжении многих лет Д.И. Менделеев боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (1875 г.), скандий (1879 г.) и германий (1886 г.) – соответственно: «экаалюминий», «экабор» и «экасилиций». С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

В некоторых случаях Д.И. Менделеев менял местами известные элементы, исходя из их свойств (например, Co/Ni; Ar/К), вопреки закономерно возрастающим атомным весам, предвидя, фактически, что за порядковым номером в Периодической таблице скрывается нечто фундаментальное. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландский физик А. Ван ден Брук (Van den Broek; 1870 - 1926), с величиной положительного заряда ядра атома, стал основой химической систематики элементов и их соединений. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвик(James Chadwick; 1891 - 1974) экспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; так был раскрыт физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе. Периодический закон получил современную, привычную для нас, формулировку: «Свойства простых веществ, а также их соединений, находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».

На октябрь 2009 года известно 117 химических элементов, из них 94 обнаружены в природе (некоторые — лишь в следовых количествах), остальные 23 получены искусственно в результате ядерных реакций.

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева по сути являются блестящим и наглядным примером того, как человеческий ум может не просто систематизировать факты, но глубоко постигать структурную иерархию, логику, Божественный замысел тварного мира. В ХХ веке неоднократно проводились аналогии системы Д.И. Менделеева с открываемыми химическими (например, гомологические ряды органических соединений углерода) и биологическими закономерностями - Законом гомологических рядов Н.И. Вавилова[13], «рефренами», «номогенетическими[14] параллелизмами» - сходными повторяющимися структурами у различных живых организмов, о чем подробнее будет сказано ниже, в специальном разделе, посвященном феномену жизни.