такого не знал даже сам менделеев
Какой гений всё-таки был Менделеев! Айфон рядом не стоял
Периодическая таблица, таблица Менделеева — кто не помнит её по школьным урокам химии и физики?
Между тем периодическая таблица Менделеева, по мнению множества видных ученых прошлого и современности, стала определяющей вехой не только в химии, но и во всей современной фундаментальной науки и её прямого выражения — техники, которая нас окружает.
Кто вообще такой Менделеев?
“Трёхногий” портрет отца мировой химии
Удивительно, что именно Менделеев стал родоначальником Периодического закона, ставшего основой периодической системы химических элементов.
Ставший 17-м ребенком директора Тобольской гимназии, он не проявлял призвания к какой-либо науке вплоть до старших курсов гимназии, однажды оставшись на второй год. Со временем ему удалось подтянуться и закончить Главный педагогический институт Петербурга с золотой медалью.
Став учителем в Одессе, он проявлял множество странных, нехарактерных для интеллигента того времени привычек и увлечений. Одним из них было увлечение кожевенным делом и шитьё: Менделеев самостоятельно переплетал книги, делал чемоданы и шил одежду для себя самого.
Пороховые заводы Менделеева
В числе других его увлечений оказалось воздухоплавание, экономика и футурология. Попутно он создал основы современной метрологии, разработал первый ледокол. Занятие естественными науками приводило ученого то к созданию русского бездымного пороха, то к попытке разработки собственной теории эфира для объяснения свойств капиллярных сосудов.
Однако водка, несмотря на устоявшееся мнение, никак не связана с именем Менделеева. Водка родилась задолго до защиты диссертации «О соединении спирта с водой», посвященной на самом деле теории растворов (указал о необходимости учитывать химизм раствора), а не русскому национальному напитку.
Менделеева совершил первый метеорологический полет в России
Но все же главное его открытие — Периодический закон: сегодня его относят к одному из фундаментальных законов мироздания, поскольку она до сих по является аксиоматической, абсолютной.
Это противоречит самим законам науки. Однако, правота Менделеева подтверждается раз за разом. И многое мы видим прямо за экраном своего монитора.
Откуда появилась великая таблица Мендлеева?
Памятники Менделееву существуют во всех странах мира
К моменту появления периодической таблицы в 1869 году было открыто 63 химических элемента. Все они представлялись в виде хаотического набора, хотя попытки какого-то упорядочения совершались регулярно.
Первой известной публикацией на этот счет стал «закон триад» (1829 год) Иоганна Дёберейнера, однако он дальше понимания связи атомной массы и химических свойств элементов не продвинулся.
Позднее Александр Эмиль Шанкуртуа создал «Теллуров винт» (1862), разместив элементы на винтовой линии. Ему удалось увидеть частое циклическое повторение химических свойств по вертикали.
Самой правдоподобной стала система Юлиуса Лотара Мейера (1864), который смог составить таблицу, упорядочив элементы по свойствам и весам. Увы, он взял за основу периодичности свойств валентность, что оказалось ошибкой.
Главный конкурент, который подсказал идею: Лотар Мейер
Менделеев, по собственным словам, занимался проблемой систематизации химических элементов на протяжении 20 лет (а не спонтанно во время сна, вопреки устоявшемуся мнению), перекладывая карточки с названием и свойствами элементов в поиске нужной комбинации.
И в 1869 ему удалось найти ответ, опубликованный в статье журнала Русского химического общества «Соотношение свойств с атомным весом элементов».
Сегодня существует несколько сотен вариантов изображения его периодической системы: в виде кривых, таблиц и даже других геометрических фигур.
Периодическая таблица Мейера довольно скудна
Чуть позже идею подхватил Мейер, опубликовав собственную работу с аналогичным результатом. Знал ли он о достижении Менделеева? Незивестно. К тому же он смог организовать лишь 28 элементов
Однако, из-за него в Европе и США Периодическая таблица Менделеева не имеет в названии имени собственного.
Тем не менее, мировое сообщество ученых трижды выдвигало Менделеева лауреатом Нобелевской премии. Увы, ему не удалось стать членом Российской академии наук, а её члены раз за разом отвергали кандидатуру.
Таблица Менделеева важна, но Периодический закон – ещё важнее
Менделеев смог открыть один из всеобъемлющих законов
Как ни странно, важнейшее открытие Менделеева обычно остается за кадром – Периодический закон:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная формулировка практически ничего не меняет, лишь дополняя исходный текст:
Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Периодическая система стала графическим выражением Периодического закона, который устанавливает зависимость свойств элементов от их атомного веса (атомной массы или атомного числа — числа протонов в атоме).
Современный вид таблицы Менделеева
Размещение элементов в таблице удовлетворяет одновременно 2 условиям: они
▪️ организованы веса атомов,
▪️ химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим.
Закон справедлив для всех существующих и гипотетических элементов, исключая самых первых — они просто не имеют ничего перед собой (хотя многие пытаются разместить там гипотетический «эфир», ссылаясь на самого Менделеева, хотя он таких попыток не делал).
Интересно, что в первой версии было лишь 60 элементов таблицы. Сегодня их 118, а конечно число… Теоретически оно могло бы быть бесконечным, если бы не квантовая физика, но об этом чуть позже.
Почему в таблице Мендлеева были пустые клетки?
Памятник Менделееву в Тобольске пора пополнять новыми элементами
Значимость теории Менделеева, спустя некоторое время ставшей аксиомой современной науки, проявилась довольно быстро. Дело в том, что до него элементы упорядочивали в сплошную линию.
Но уже первая версия таблицы Менделеева оставляла пустыми несколько клеток под новые элементы: пустые места должны были занять так называемые эка-элементы, похожие на соседей. Менделееву даже удалось с поразительной точностью предсказать целый ряд их физических и химических свойств.
Соответствующие экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец были получены экспериментально, получив уже в наше время собственные имена скандий, галлий, германий, технеций. Практика эка-элементов сохраняется и по сей день.
Для известных в середине XIX века бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия Менделееву пришлось исправить атомные веса, чтобы разместить их в таблице согласно химическим свойствам, на что не решился ни один другой исследователь. И это тоже оказалось верным.
Один из первых вариантов таблицы Менделеева с предсказанными элементами
Абсолютность таблицы однажды подвела исследователей: инертным газам в первое время не нашлось в ней места, поэтому их существование активно отвергалось.
В дальнейшем периодичность позволила найти класс несуществующих (или чрезвычайно редких) в природе при обычных состояниях трансурановых элементов.
Как таблицу Менделеева проверили и доделали другие
Мозли связал номер элемента в Таблице и его физические свойства
Окончательный вид подтверждения Периодического закона нашел английский физик Генри Мозли:
Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером.
Это привело к более глубокой трактовке закона, о котором Менделеев не мог даже догадываться:
▪️ порядковый номер элемента = мера электрического заряда атомного ядра этого элемента,
▪️ номер горизонтального ряда (периода) = число электронных оболочек атома,
▪️ номер вертикального ряда (группы) определяет квантовую структуру оболочки, что определяет сходство химических свойств.
Как понять таблицу Менделеева, если ты не шаришь?
Краткая шпаргалка к Таблице Менделеева
Периодический закон легко применять на практике. Ещё со школы мы все должны знать: натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото — на серебро и медь. Следующий элемент просто как бы прибавляет к уже существующим ещё что-то.
По самой таблице так же можно узнать примерные свойства. В подгруппах сверху вниз:
▪️ усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические (появляются свободные электроны — проводит ток);
▪️ возрастает атомный радиус (выше плотность/масса),
▪️ возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот (действие сильнее),
▪️ электроотрицательность падает (хуже соединяется с другими элементами).
В периоде с увеличением порядкового номера элемента:
▪️ электроотрицательность возрастает (лучше образовывает соединения),
▪️ металлические свойства убывают, неметаллические возрастают (хуже проводит ток),
▪️ атомный радиус падает (хуже создает соединения).
Ещё одно свойство связано с традиционной, «короткой» формой таблицы, предложенной самим Менделеевым: если сложить её пополам, посредине IV группы, окажется, что элементы напротив друг друга могут образовывать соединения друг с другом.
Хотя на первый взгляд это не нужно в обыденности, таблица Менделеева помогает быстро понять, например: какая кислота «сильнее», что лучше проводит ток, к чему не стоит прикасаться, чем можно отравиться.
Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы
Здесь создают новые химические элементы
Вряд ли Менделеев предполагал, как далеко зайдут его последователи в поиске продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, руд.
Открытие ядерной реакции позволило создать новый способ «пополнения» таблицы: расщепление урана (элемент 92) позволило создать трансурановые элементы, вместе с которыми известно 118 элементов.
Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов
Например, для создания теннесина (номер 117 соответствует числу протонов в ядре) ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из беркелия (97 протонов).
Синтез кальция с калифорнием (98) позволил появиться на свет долгоживущему изотопу оганесона (118).
Что ждёт таблицу Менделеева в ближайшем будущем?
Границы таблицы попытался определить Ричард Фейнман
Элементы 119 и 120, над получением которых работают исследователи Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Московская область), обещают показать принципиально новые физические свойства.
Они которые не вписываются в существующую физическую модель мироздания. А закон Менделеева продолжает работать.
Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Но не потому, что больше их не существует — мы просто не сможем определить количество протонов и нейтронов в его ядре.
В ближайшие 2 года ожидается открытие 120 элемента
Число 1/137 – постоянная Зоммерфельда (постоянная тонкой структуры), которая описывает вероятность поглощения или излучения электроном фотона.
Элемент с 137 электронами в соответствии с определением этой константы должен с вероятностью в 100% поглощать падающий на него фотон.
Его электроны будут вращаться со скоростью света. А электроны элемента 139, чтобы существовать, должны вращаться быстрее, чем скорость света. Не может быть?
Менделеев объединил усилия всех
Увы, текущие расчеты показывают, что фотоны в огромных атомах оганесона должны превысить скорость света, что противоречит самой сути фотона – единичного кванта света.
Это нарушает основные принципы квантовой физики. Но, возможно, именно открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева даст ключ к созданию Теории Всего, которая должна объединить существующие знания в естественных науках.
Закон, открытый 150 лет назад русским ученым, изменит понимание мироздания. Быть может ещё сильнее, чем когда-то это сделала Теория относительности.
Неизвестный Менделеев: сыровар, шпион и соперник Нобеля
Дмитрий Менделеев известен всему миру как автор периодического закона и знаменитой таблицы химических элементов. Но химии на самом деле посвящено всего 9% его трудов. Сфера интересов гениального ученого была в разы шире. Проектирование первого в мире ледокола и лодки, способной плыть подо льдами, сыроварение, изобретение пульсирующего насоса, системы мер и весов, разработка дирижабля, создание нефтепровода, производство бездымного пороха. И даже — промышленный шпионаж!
Лаборатория в дереве
Менделеев был избран почетным членом ведущих российских и многих зарубежных академий и университетов. Но научно-исследовательским лабораториям, оснащенным по последнему слову техники, ученый иногда предпочитал… дупло дуба. Этот былинное дерево росло в дворянском имении Боблово под Клином, которое химик купил на двоих со своим коллегой, профессором Ильиным.
До того как Менделеев обосновался в Боблово, многовековой дуб служил лишь парковой достопримечательностью. Дмитрий Иванович распорядился затащить в его гигантское дупло стул и небольшой столик. Так старое дерево превратилось в летнюю лабораторию для наблюдения за движением воздуха в нижних слоях атмосферы. Позже вместе со своим приятелем — физиком Александром Поповым — Менделеев оборудовал здесь радиорубку. В раскидистых ветвях исполина была установлена металлическая антенна. А в соседнем селе Бабайки разместили передающее устройство. В назначенный час с запущенного Поповым передатчика в Боблово поплыли радиоволны. Так состоялся один из первых в мире сеансов радиосвязи.
К Менделееву жители Боблово часто обращались за помощью. Он всегда помогал. Но по-своему. Если, к примеру, крестьянам нужны были деньги, ученый отправлял мужиков в поле — собирать камни. И земле польза, и людям — заработок. Потом из этих булыжников вымостили дорогу. Или вот мост через речку Лутосню. Его местные крестьяне восстанавливали на деньги Менделеева. Так что каждого приезда барина в Боблово ждали с нетерпением.
Талант или счастье?
Большинство дворянских усадеб XIX века окружали фруктовые сады, бархатистые лужайки и пышные цветники. В подмосковном имении Менделеева и земля и растительность — это научно-исследовательский материал. В Боблово химик вел многопольное хозяйство. Да к тому же экспериментировал с минеральными удобрениями, которые сам же и создавал. Рассказывают, что однажды несколько крестьян собрались с духом и решили вызнать у хозяина усадьбы: почему у него такие знатные поля? Между ними произошел примерно такой диалог:
«Скажи-кася, Митрий Иваныч, хлеб у тебя как уродился хорошо. Талан у тебя или счастье?». — «Конечно, братцы, талан»
У Менделеева, несомненно, был талант. И не только в создании новых химических соединений. В музее Боблово на почетном месте в специальной стеклянной тумбе хранится любопытный артефакт: чемодан, изготовленный собственноручно Дмитрием Ивановичем. Это было его хобби, причем хобби весьма доходное. За изделиями ручной работы к чемоданных дел мастеру Менделееву очередь выстраивалась.
Есть в Боблово и еще один экспонат с историей — ковер с богатым восточным орнаментом. Этот ковер Менделеев привез из Баку, куда он ездил «в командировку» — на нефтяные месторождения. В середине XIX века нефтяная отрасль в Российской империи росла как на дрожжах. Но месторождения осваивали без технических новшеств и современного оборудования.
«На всем лежит какая-то печать примитивности. Нефть вычерпывается из колодцев кожаными мешками — бурдюками с помощью веревок, перекинутых через лошадь. Перевозится она в кожаных мешках на двухколесных арбах туземной конструкции. Что касается до самих нефтяных колодцев, то они находятся на этой площади в том же виде, как завещали их потомству персидские владыки и бакинские ханы».
Так и вышло. Позднее на Волге был построен нефтеперерабатывающий завод, где использовались технологии Менделеева, и это, конечно, подорвало гегемонию шведского бизнесмена. Неудивительно, что Менделеев и Нобель так и не подружились. Любопытный факт: знаменитый русский химик дважды выдвигался на Нобелевскую премию. Но так ее и не получил. Впрочем, он не особо переживал по этому поводу. У химического гения была насыщенная жизнь, полная неожиданных открытий и дерзких экспериментов.
Порох и водка
В 1891 году Менделеев отправляется в Англию и Францию для изучения промышленного производства пороха. Конспирологи однако полагают, что это была настоящая разведывательная операция: французы предоставили русскому профессору возможность ознакомиться с некоторыми предприятиями. В составе официальных делегаций Менделеев побывал на заводе по производству бездымного пороха, химический состав которого французы хранили в тайне. Но Дмитрий Иванович сделал тайное явным.
«Секрет изготовления французского пороха я быстро раскрыл, воспользовавшись особенно тем, что пороховой завод стоял на отдельной железнодорожной ветке. Взяв годовой отчет железнодорожной компании о движении грузов, я нашел нужное мне соотношение входящих в производство пороха веществ».
Так страна получила свою формулу производства бездымного пороха. Правда, российское правительство не успело его запатентовать…
Диссертацию «Рассуждение о соединении спирта с водою» Менделеев защитил в 1865 году. Вряд ли он рассчитывал на славу, которую принесло ему это сочинение. До сих пор многие люди считают химика изобретателем формулы современной водки. Хотя такое слово в диссертации даже не встречается. На самом деле в своей работе Менделеев установил, при какой концентрации происходит максимальное взаимное растворение воды и спирта друг в друге. К производству горячительного напитка это отношения не имеет. Ученый просто не стал бы тратить время на такую ерунду.
«Дело здесь касается потребления такого продукта, без которого естественным образом люди существовать и далее развиваться вполне могут, так как по личному примеру знаю, что, будучи неленивым работником, я на своем веку никогда водки не пил и даже вкус ее знаю очень мало, не больше вкуса многих солей и ядов».
Тем не менее научная диссертация «Рассуждение о соединении спирта с водою» стала поводом для многочисленных анекдотов и баек. Рассказывают, что бобловские крестьяне приходили к усадьбе профессора с ведром воды. А то и с двумя.
— Батюшка барин, соедини ты их ради Христа. Воды, вишь, мы тебе принесли. Хороша водичка-то. Ключевая, студеная.
А чтобы Менделеев понял, чего от него хотят, поясняли:
— Ты только добавь в нее, сколько нужно этого… ну, этого самого … Которого сам знаешь!
Сон о периодической таблице
Сегодня все знают историю о том, что свою таблицу Менделеев увидел во сне. Но где в этой истории правда, а где — вымысел?
Идея о фундаментальной связи между всеми химическими элементами не давала Дмитрия Ивановичу покоя. Найти эти закономерности пытались ученые всего мира. Менделеев знал об этих исследованиях и о попытках выстроить элементы в единую систему. И пытался тоже сделать это. Но — по своему.
Он первым в мире учел атомные веса и соотнес их со свойствами элементов. А для еще не открытых оставил пустые клетки! Мысль эта пришла в его светлую голову за завтраком. Менделеев закрылся в своем кабинете. Вынул из стола пачку визиток и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные свойства. Ученый перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой. Потом он отвлекся на игру с маленькой дочкой, а позже прилег отдохнуть. Короткий сон, который и сном-то назвать было сложно. Решение было совсем рядом… Вот что писал Менделеев, в воспоминаниях:
«…во сне мне совершенно явственно представилась таблица. Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги».
Впрочем, все это может быть лишь шуткой гениального ученого. Ясно одно: периодическая таблица вряд ли могла присниться человеку, который был далек от ее поисков.
1 марта 1869 года молодой и малоизвестный ученый Менделеев разослал своим зарубежным коллегам небольшой печатный листок с надписью «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Мало кто верил тогда, что это станет одним из величайших научных открытий. Более того, знавшие об изысканиях Менделеева серьезные химики считали его усилия странным и даже нелепым увлечением! Вот что писал по этому поводу его бывший учитель Бунзен:
«Да оставьте Вы меня в покое с этими догадками! Такие правильности Вы найдете и между числами биржевого листка».
В 1955 году заслуги Менделеева были увековечены: сто первый открытый химический элемент называется «Менделевий». Таблица постоянно обновляется. Сегодня в ней уже 118 элементов.
Сырный бизнес
Интересно, что эпохальный доклад об открытии периодического закона Менделеев делал не сам, а поручил своему коллеге. Чем же таким важным был занят профессор в то время? А он, представьте себе, ставил опыты с молочными продуктами: готовил масло и делал сыр из молока от коровы по кличке Нянька. Дело было в первом фермерском хозяйстве России.
Дмитрий Иванович видел у сырного бизнеса большие перспективы и к делу подошел, густо замешав новое увлечение на научной основе. Ученый обратил внимание, что по сравнению с Европой, почти во всех крестьянских хозяйствах России не налажена переработка молока. В поездках по селам Менделеев пришел к выводу: если семьи объединятся в кооперацию, выгода будет втрое больше.
В одной из деревень неподалеку от Боблово Менделеев открыл школу молочного хозяйства, при которой действовала собственная сыроварня. Сам Дмитрий Иванович даже изобрел собственный уникальный рецепт сыра. Ученый умел хранить секреты. И чьим достоянием стал тот продукт — история умалчивает. Упоминания о нем нигде не встречается.
Сыр «по-менделеевски» — продукт эксклюзивный, он не пошел «в серию». У профессора была иная задача — распространить идеи нового промысла и внедрить особые технологии. Как сказали бы современные предприниматели — масштабировать бизнес. Многое из задуманного удалось осуществить. 1866 год стал годом начала промышленного производства российского сыра. К 1913 году страна производила около 100 сортов продукта, часть — на экспорт в Европу. Отборный камамбер, гауда, честер — русские сыровары отправляли за границу по 20 000 тонн эксклюзивной продукции в год.
На большом воздушном шаре
В 1887 году известный русский художник Илья Репин, приехав в Боблово в гости к Менделееву, застал своего друга и всю его семью в страшной суете. Оказывается, следующим утром Дмитрий Иванович собрался в рискованное путешествие на воздушном шаре, чтобы наблюдать солнечное затмение. Пропустить такое событие Репин не мог и вызвался лететь вместе с ним — чтобы делать наброски «с натуры».
Но утром выяснилось: из-за погодных условий аэростат сможет поднять в воздух только одного. Это было рискованное мероприятие. И Менделеев рискнул. Шар с ученым в корзине стремительно поднимался и вскоре скрылся из виду в низкой облачности. В этот момент началось затмение.
Во время полета аэростат преодолел расстояние около 100 километров и приземлился в имении Салтыкова-Щедрина. Менделеев сядет на поезд и доберется до Москвы, где его встретят журналисты. Но это будет позже. А в тот момент, когда шар пропал из виду, многим стало страшно за жизнь великого химика. И не зря!
Из-за намокшей оболочки шар смог подняться на высоту два с половиной километра. Корзину начало сильно крутить воздушными потоками. Профессор с картой и компасом в руках пытался понять — куда же его несет. Ему пришлось открывать и закрывать клапаны аэростата методом «научного тыка», пока шар пытался выбраться из облаков. Наконец ему это удалось, и Менделеев сделал первую запись:
«Весь вид свинцово-тяжелый, гнетущий. Увидев солнце с короною, я прежде всего был поражен и обратился к нему. Кругом солнца я увидел светлый ореол чистого серебристого цвета».
Дмитрий Менделеев, забыв об опасности, непрерывно наблюдал за солнечной короной. Делал записи. А где-то там, внизу, осталось его любимое «Имение под дубом». Здесь он провел 40 лет своей жизни — думал, мечтал, исследовал.
Менделеев был ученым высокого полета. Он не просто видел окружающую действительность на 360 градусов: Менделеев заполнял ею каждую молекул своего «я». И в минуты душевного смятения и в пору всепоглощающего счастья он знал и чувствовал: есть нечто большее, что он должен постичь. И поведать миру.