Как рождалась таблица Менделеева
В середине 1700-х химики начали активно идентифицировать элементы, которые представляют собой вещества, состоящие всего из одного вида атомов. Но столетие спустя они все еще использовали множество символов и сокращений для обозначения различных материалов – просто не было общей лексики. В 1869 году русский химик Дмитрий Менделеев получил известность благодаря своей табличной схеме известных элементов. Этот список основных ингредиентов, из которых состоит все вещество, стал известен как периодическая таблица. Вот что особенно удивительно: в таблице Менделеева отведены места для элементов, которые еще не были открыты. Для некоторых из этих недостающих частей он предсказал, какими будут их атомные массы и другие химические свойства. Позже, когда ученые открыли элементы, которые ожидал увидеть Менделеев, мир получил представление о великолепии периодической системы.
Менделеев родился в 1834 году на крайнем западе Российской Сибири, младшим из дюжины детей. Его семья сталкивалась с одним кризисом за другим. Когда Дмитрий был маленьким, его отец, учитель, ослеп, а мать пошла работать. Она стала менеджером успешного стекольного завода. Трагедия повторилась в 1848 году, когда фабрика сгорела дотла, и семья оказалась в бедности. Мать Менделеева была полна решимости дать ему образование и для этого проехала с ним большое расстояние – в Москву, а затем в Санкт-Петербург. Через десять дней после того, как он поступил в школу, его мать умерла от туберкулеза, болезни, которая также унесла его отца, по крайней мере, одного из его братьев и сестер, и с которой сам Менделеев боролся в юности.
В 1861 году Менделеев вернулся в Россию после исследований в Европе, а позже преподавал в Техническом институте в Санкт-Петербурге. Он обнаружил, что лишь немногие из новых разработок в области химии добрались до его родины – то, что он был полон решимости изменить, с энтузиазмом читая лекции о последних достижениях. Ему было всего 27 лет, но он культивировал образ эксцентрика, с развевающейся бородой и длинными растрепанными волосами, которые, как было известно, он подстригал только раз в год. Тем не менее, он был популярным профессором.
Менделеев признал, что современного учебника по современной органической химии (посвященного соединениям углерода, включая живые организмы) не существует, поэтому он написал один. Его Органическая химия (1861) считалась самой авторитетной книгой своего времени по этому предмету. Но профессор с болью осознавал, что многие из его студентов «не могли следовать» за ним, как заметил один студент. Менделеев знал, что критической причиной трудностей понимания химии людьми было отсутствие какой-либо четкой системы классификации известных элементов. Без нее он мог бы предложить только сведения о конкретных строительных блоках материи, но не структуру, которая объясняла бы взаимосвязи между различными веществами.
В 1867 году, когда Менделеев начал писать «Принципы химии», он задался целью упорядочить и объяснить элементы. Он начал с того, что назвал «типичными» элементами: водородом, кислородом, азотом и углеродом. Эти вещества демонстрировали естественный порядок для самих себя. Затем он включил галогены, которые имели низкий атомный вес, легко реагировали с другими элементами и были легко доступны в природе. Он начал с использования атомных весов как принципа организации, но сами по себе они не представляли четкой системы.
В то время элементы обычно группировались двумя способами: либо по их атомному весу, либо по их общим свойствам, например, были ли они металлами или газами. Прорыв Менделеева заключался в том, что он увидел, что эти два понятия можно объединить в единой структуре.
Говорят, что Менделеева вдохновила карточная игра, известная в Северной Америке как пасьянс, а в других странах – как «терпение». В игре карты расположены как по масти по горизонтали, так и по номеру по вертикали. Чтобы навести некоторый порядок в своем изучении химических элементов, Менделеев составил набор карточек, по одной для каждого из 63 известных на то время элементов. Менделеев записал атомный вес и свойства каждого элемента на карточке.
Он брал карты с собой повсюду, куда бы ни пошел. 17 февраля 1869 года, сразу после завтрака, чтобы успеть на поезд позже тем же утром, Менделеев приступил к упорядочиванию элементов с помощью своих карт. Он продолжал в течение трех дней и ночей, забыв о поезде и постоянно расставляя карточки в различных последовательностях, пока не заметил некоторые пробелы в порядке указания атомной массы.
