V. ПЕРИОД КЛАССИЧЕСКОЙ ХИМИИ V.1. ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ Систематизация элементов. Периодический закон.
Одной из важнейших проблем теоретической химии XIX века после
разрешения проблемы атомных весов оставалась систематизация химических элементов. Со времён античности и средних веков были известны 14 элементов (хотя собственно элементами их стали считать лишь в конце XVIII века). В XVIII веке к ним добавляется 19 новых элементов; к 1860 году число элементов возрастает до шестидесяти. Проблема упорядочения элементов и отыскания закономерности в изменении их свойств становится весьма актуальной.
Первую попытку систематизации элементов предпринимает немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780-1849), сформулировавший в 1829 г. закон триад. Дёберейнер обратил внимание на то, что в рядах сходных по свойствам элементов наблюдается закономерное изменение атомной массы. В выделенных Дёберейнером триадах элементов атомный вес среднего элемента триады примерно равен полусумме атомных весов двух крайних элементов:
Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, тем не менее, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в порядке возрастания их атомных весов.
В 1843 г. Леопольд Гмелин привел таблицу химически сходных элементов, расставленных по группам в порядке возрастания «соединительных масс». Вне групп элементов, вверху таблицы, Гмелин поместил три «базисных» элемента - кислород, азот и водород. Под ними были расставлены триады, а также тетрады и пентады (группы из четырех и пяти элементов), причем под кислородом расположены группы металлоидов (по терминологии Берцелиуса), т.е. электроотрицательных элементов. В таблице Гмелина электроположительные и электроотрицательные свойства групп элементов плавно изменялись сверху вниз.
Несколько вариантов таблиц предложил в 1857-1868 гг. английский химик Уильям Одлинг (1829-1921).
Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа (1820-1886) в 1862 г. предложил винтовой график элементов, расположенных в порядке возрастания атомных весов - т.н. "земная спираль" (vis tellurique). Шанкуртуа нанёс на боковую поверхность цилиндра, размеченную на 16 частей, линию под углом 45е, на которой поместил точки, соответствующие элементам. Таким образом, элементы, атомные веса
которых отличались на 16, или на число, кратное 16, располагались на одной вертикальной линии. При этом точки, отвечающие сходным по свойствам элементам, часто оказываются на одной прямой. Винтовой график Шанкуртуа фиксирует закономерные отношения между атомными массами элементов, однако данная система не могла быть признана удовлетворительной.
Джон Александр Рейна Ньюлендс (1837-1898) в 1864 публикует таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав. Ньюлендс показывает, что в роду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого. Такая зависимость действительно имеет место для лёгких элементов, однако Ньюлендс пытается придать ей всеобщий характер.
В таблице Ньюлендса сходные элементы располагаются в горизонтальных рядах, однако, в том же роду оказываются и элементы совершенно непохожие. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица Ньюлендса не содержит свободных мест. Вследствие присущих системе Ньюлендса недостатков современники отнеслись к закону октав чрезвычайно скептически.
В том же году Уильям Одлинг, пересмотрев предложенную им в 1857 г. систематику элементов, основанную на эквивалентных весах, предлагает следующую таблицу, не сопровождаемую какими-либо пояснениями:
Следующий этап связан с исследованиями, которые проводил в 60-е годы XIX века немецкий химик Юлиус Лотар Мейер (1830-1895).
В 1864 г. Мейер публикует первую таблицу, в которую включены 42 элемента (из 63), размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничивает число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в родах подобных элементов.
[1] Термин «избирательное сродство» предложил в 70-е гг. 18 века Торберн Улаф Бергман (1735-1784) для объяснения реакционной способности веществ; он же составил первые таблицы сродства.