Чем важна таблица менделеева
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.
Таблица Менделеева: история открытия, интересные факты и байки
Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.
Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье.
История открытия таблицы
К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.
В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.
В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.
Байки о Менделееве
Гравюра, на которой изображен Менделеев. Фото: ИТАР-ТАСС
Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый «неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой», а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.
Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.
Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно «любительский» характер этого увлечения, Менделеева часто называли «чемоданных дел мастером».
Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.
Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.
Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.
Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.
Отметим, что сегодня в московском Центральном доме ученых РАН торжественно присвоят имена двум химическим элементам, открытым учеными из подмосковной Дубны.
Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov
Все за сегодня
Политика
Экономика
Наука
Война и ВПК
Общество
ИноБлоги
Подкасты
Мультимедиа
Наука
iDnes (Чехия): таблица Менделеева стала краеугольным камнем химии
Если вы хотите научиться играть на гитаре или пианино, то на любительском уровне обойдетесь и без нот. Но необходимо понимать главное: клавиши и струны передают тоны, которые собраны от низшего к высшему.
В музыке просто есть порядок, позволяющий создавать мелодию. А иначе была бы не музыка, а шум. Что-нибудь похожее на крик кошки, которую тянут за хвост, или на звук циркулярной пилы.
До шестого марта 1869 года химики напоминали профанов или сумасшедших, которые пытались играть на музыкальном инструменте с хаотично расположенными клавишами или струнами. Они знали отдельные химические элементы, но не понимали, что за ними скрывается порядок.
Ходит легенда, что русскому ученому Дмитрию Ивановичу Менделееву периодическая таблица с горизонтальными и вертикальными столбцами приснилась во сне. Правда это или нет, мы не узнаем никогда.
Контекст
La Vanguardia: Менделеев не изобретал водки
DN: Менделеев не верил в электроны, но сумел навести порядок в науке
Newsweek: 150-летие гениального творения Дмитрия Менделеева
В любом случае, Менделеев продолжал дело целого ряда химиков, которые пытались классифицировать элементы в соответствии с их свойствами еще до него. Его система оказалась лучшей. Поэтому она получила распространение и названа в его честь.
Пробелы
То, что на первый взгляд пугающе, сложно и даже заумно, легло в основу современной химии, без которой наши жизни были бы совершенно другими. Русский химик наглядно расположил элементы в соответствии с растущей массой их атома.
Это все равно что навести порядок в домашней библиотеке, гардеробе или мастерской. Благодаря созданной системе сразу понятно, где что искать и найти даже в потемках, если отключат электричество. Лишь впоследствии выяснилось, что масса атомов обусловлена растущим числом протонов в их ядре.
Менделеев еще ничего не знал о протонах (их открыли только через 12 лет после его смерти). Однако он заметил, что в его таблице наглядно и логично меняются разные химические и физические свойства отдельных элементов.
Скажем, степень окисления, электроотрицательность или окислительно-восстановительные или кислотно-основные свойства. Чем они полезны?
Русскому это позволило предугадать новые элементы, которые в его время еще не были известны. Постепенно прежде пустые места в таблице заполнились, например, галлий, скандий и германий.
Впоследствии учение начали сами создавать элементы, что можно сделать, например, бомбардированием ядер уже существующих элементов атомами других элементов. Для этого используют циклотрон или ускоритель, и так появляются все более тяжелые элементы с большим числом протонов. Поскольку в таблице они находятся за ураном (элемент с 92 протонами), их называют трансураны. Уже в середине прошлого века существовали, например, америций, берклий, калифорний.
Постепенно появились более точные и подробные варианты периодической таблицы. В современной содержатся 118 элементов, разбитых на 18 групп и семь периодов. Причем 94 из них (от водорода до плутония) встречаются в естественной природе, а 95 (америций) и другие были получены искусственно.
Гонка за элементами продолжается, но получать их все труднее. Все более тяжелые элементы также все более нестабильны. Часто удается получить всего несколько их атомов, которые практически тут же распадаются.
Практического значения это не имеет (или мы о нем пока не знаем), но это позволяет лучше понять, по каким принципам функционирует природа. Ну и еще немножко поиграть в бога.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Путешествие по таблице элементов: от водорода до оганесона
Александр Рулёв,
доктор химических наук,
Иркутский институт химии им. А. Е. Фаворского СО РАН
«Наука и жизнь» №6, 2019
Периодическая таблица химических элементов по праву считается одним из величайших достижений химической науки. Сегодня она насчитывает почти вдвое больше элементов, чем полтора века назад, когда Дмитрий Иванович Менделеев опубликовал свой «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сродстве».
Представим себе, что мы смогли проникнуть в наномир и познакомиться с элементами, «населяющими» современную таблицу. В этом случае периодическая система предстала бы в виде высотного здания, имеющего семь «этажей» (периодов), 18 «блок-секций» (групп) которого насчитывают 118 уютных «квартир» (клеток). Некоторые из жильцов — элементы-рекордсмены, многие могут рассказать о себе немало интересного, не без основания претендуя на звание «самый-самый».
В квартире под номером один живёт удивительный элемент — водород H. Он рекордсмен сразу в нескольких номинациях. Это и самый простой, и самый распространённый в природе элемент. На него приходится более 90% всех атомов видимой Вселенной. В обычных условиях он существует в виде самого лёгкого газа: один литр его весит меньше 0,09 г. При охлаждении до −253°С водород переходит в жидкое состояние, превращаясь в самую лёгкую жидкость: десятилитровое ведро такой жидкости весило бы всего 708 г. Водород — единственный химический элемент, все семь братьев-изотопов которого имеют собственные имена. Наиболее известные из них — протий ( 1 H), дейтерий ( 2 H или D) и тритий ( 3 H или T). Имена других тяжёлых изотопов водорода сегодня редко используются. В недрах звёзд водород превращается в гелий. В результате этой реакции выделяется огромное количество энергии, ничтожная часть которой (одна двухмиллиардная!) попадает на Землю. Благодаря этой энергии и существует жизнь на нашей планете, существуем мы.
Сосед водорода, занимающий квартиру номер два, инертный газ гелий He. Несмотря на то что элемент назван в честь греческого бога Солнца, вещество, состоящее из его атомов, — самая холодная жидкость на Земле: его температура кипения (−269°С) лишь на четыре градуса выше абсолютного нуля. Это единственное простое вещество, температура плавления которого неизвестна: даже при абсолютном нуле оно остаётся жидким и переходит в твёрдое состояние лишь при давлении около 25 атм. Гелий — обладатель самого маленького атома: его радиус всего 31 пм (1 пикометр = 1 · 10 −12 м). Напротив, самыми «пышными формами» может похвастаться цезий Cs, проживающий в квартире номер 55. Его атомный радиус почти на порядок больше — 298 пм. К тому же цезий — самый мягкий металл, да ещё и редкого светло-золотистого цвета (как правило, все металлы серые). Впрочем, и самый твёрдый металл хром Cr имеет голубовато-серебристый цвет. Способность цезия легко отдавать электрон внешнего энергетического уровня делает его ещё и самым активным металлом.
Удивительно красивая молекула фуллерена — одной из аллотропных форм углерода, открытой в 1985 году
Путешествуя по таблице элементов, мы непременно должны постучаться в дверь с номером шесть. Это апартаменты самого важного для жизни на Земле элемента — углерода C. Не случайно его называют «королём элементов» Периодической таблицы. Именно углерод — основа всех органических соединений: от простеньких молекул углеводородов до сложнейших белковых нитей или двойной спирали ДНК. Этот химический элемент имеет несколько аллотропных модификаций — хорошо знакомые алмаз, графит, графен и фуллерены. Среди последних наиболее знаменит бакминстерфуллерен, известный в мире под именами футболен, бакибол или просто фуллерен. Благодаря своей безукоризненной симметрии он, возможно, самая красивая молекула Вселенной. Фантастическая красота углеродного кластера C60 настолько ослепительна, что поначалу ни физики, ни химики просто не могли поверить, что такая высокосимметричная молекула вообще может существовать. В 1996 году первооткрыватели фуллерена — Роберт Кёрл, Харольд Крото и Ричард Смолли — были удостоены Нобелевской премии по химии. А полтора десятилетия спустя фуллерены были обнаружены в космическом пространстве. Сегодня это самые большие молекулы из всех, которые когда-либо находили за пределами Земли. Как знать, может быть, именно фуллерен принёс на Землю атомы или молекулы, благодаря которым зародилась жизнь на нашей планете.
Две соседние с углеродом квартиры занимают рекордсмены по распространённости. Азот N (элемент номер семь) — самый распространённый элемент в атмосфере (чуть более 78% по объёму). Появившийся в атмосфере нашей планеты около двух миллиардов лет назад кислород (элемент номер восемь) держит пальму первенства по распространённости в литосфере (почти 49% по массе) и гидросфере Земли (86% веса всех океанов), а также в теле человека (около двух третей по массе). Так, в 70-килограммовом представителе вида Homo Sapiens на долю кислорода O приходится почти 45 кг. Согласно данным журнала New Scientist, опубликованным в декабре 2005 года, эмпирическая формула человеческого тела имеет вид:
В ней кислород уступает водороду по количеству атомов, но значительно превосходит его по массе.
Химический состав человеческого тела, масс. %
Антиподы азота и кислорода занимают квартиры под номерами 85 и 86. Имя первого — астат At (от греческого αστατος — ‘неустойчивый’) — говорит само за себя: все его изотопы — короткоживущие (период полураспада самого устойчивого 210 At составляет чуть более восьми часов). Именно поэтому астат самый редкий природный элемент Периодической таблицы. По разным данным, его содержание в земной коре в любой конкретный момент времени не превышает одного грамма. Радон Rn, занимающий 86-ю квартиру, самый редко встречающийся в атмосфере элемент — его содержание в ней всего около 0,0000000000000000001%. При стандартных температуре и давлении радон — самый тяжёлый из газообразных простых веществ: 1 литр его весит 9,73 г.
Несмотря на то что квартиры двух других элементов расположены на одной площадке (во втором периоде), их хозяева являют собой полную противоположность друг другу. В девятой квартире проживает самый электроотрицательный и самый активный из всех элементов-неметаллов — фтор F. Даже благородные газы — ксенон Xe и криптон Kr — пасуют перед этим химическим монстром. В его атмосфере горит, казалось бы, самое несгораемое вещество — вода. Сила фтора как окислителя настолько велика, что кислород окисляется в его атмосфере, образуя фториды OF2, O2F2 и O3F2! Напротив, сосед фтора, проживающий в десятой квартире, — неон Ne славится своим олимпийским спокойствием и с недавних пор носит титул самого инертного химического элемента. Это звание закрепилось за ним после того, как в марте 2018 года журнал American Scientist опубликовал ошеломляющую статью о способности гелия образовывать соединения с некоторыми элементами. Причём это происходит без образования классической химической связи, то есть без участия валентных электронов. Напротив, ни одного устойчивого соединения неона до сих пор идентифицировать не удалось.
Квартиру номер 26 занимает один из семи металлов древности. Вероятно, железо Fe — самый первый металл, с которым познакомился человек. Это единственный химический элемент, имя которого по праву запечатлено в названии целой исторической эпохи — железного века. Да и сегодня, в период широкого использования полимеров и искусственных материалов, железо по-прежнему верно служит человеку. По данным Королевского химического общества, его доля среди всех получаемых металлов достигает 90%. Большая часть железа идёт на производство стали.
Ртуть — единственный металл, который находится в жидком состоянии при нормальных условиях — температуре 25°С и давлении 1 атм. Фото Александра Понамова / Wikimedia Commons / CC BY-SA 3.0
Чемпион по тугоплавкости при нормальных условиях — вольфрам W — проживает в квартире номер 74. Он начинает плавиться при 3422°С. Вольфрам — обладатель и самой высокой температуры кипения (5555°С), сравнимой с температурой поверхности Солнца. Неподалёку от самого тугоплавкого расположился самый легкоплавкий металл ртуть Hg, находящийся в жидком состоянии при температуре выше −39°С. Это самый загадочный и необыкновенный металл, известный человеку с незапамятных времён. Алхимики рассматривали ртуть как главное действующее начало философского камня. На протяжении тысячелетий ртуть пленяла и продолжает очаровывать людей своей красотой. Не случайно её нередко называют живым серебром (по-латыни — argentum vivum).
А настоящее серебро Ag расположилось в квартире номер 47. Благодаря наивысшей электропроводности и отражательной способности серебро давно с успехом используется в электронике, электротехнике и при изготовлении зеркал. По данным Института серебра (The Silver Institute, USA), мировой спрос на серебро в 2018 году вырос на 4%, а его добыча достигла почти 30 тысяч тонн.
На земле весь род людской
Чтит один кумир священный,
Он царит над всей Вселенной,
Тот кумир — телец златой!
Вряд ли кому не известна ария Мефистофеля из оперы Шарля Гуно «Фауст». Это всё о нём, о жильце квартиры 79, именуемом золотом Au. Оно самое романтичное и самое кровавое, самое почитаемое и самое презренное, самое желанное и самое проклятое. Получать золото, превращая в него другие металлы, было заветной мечтой алхимиков. Недаром они называли его «царём металлов», обозначая символом Солнца. Причины такой магической притягательной силы золота связаны с его уникальными свойствами: оно химически стойко, обладает удивительной ковкостью (из кусочка золота массой 1 г можно вытянуть тончайшую проволоку длиной почти 3,5 км), имеет привлекательный цвет и практически вечно сохраняет блеск. Никакой другой металл не может сравниться в этом отношении с золотом! Справедливости ради нужно отметить, что золото не столь благородно и при определённых условиях способно реагировать с некоторыми простыми веществами, а также со щелочами, с кислотами или их смесями, например с царской водкой — смесью (3:1 по объёму) концентрированных соляной и азотной кислот. Самый стойкий к кислотам металл — иридий Ir, что проживает в квартире 77: до сих пор неизвестно ни одной кислоты или их смеси, способных его растворить.
Серебро испокон веков используется при изготовлении зеркал. Сегодня этим металлом покрывают зеркала телескопов — как правило, с большим диаметром. Это, например, телескоп «Кеплер» и два восьмиметровых телескопа обсерватории Джемини. Фото: gemini.edu
Бесспорно, золото издревле было и остаётся символом красоты, власти и богатства. Однако самым престижным считается его сосед, занимающий квартиру 78. Серебристо-белая «госпожа» платина Pt входит в элитный клуб благородных металлов, будучи королевой ювелирного дела. По спросу платина опережает даже золото. Это связано с её высокой химической устойчивостью к сильным кислотам и коррозии даже при высоких температурах. Именно поэтому она широко востребована и в научных исследованиях, и в промышленности.
Несмотря на то что серебро, золото и платина — мерила богатства, по стоимости они не идут ни в какое сравнение с некоторыми искусственно полученными металлами. Самым дорогим химическим элементом считается один из изотопов калифорния 252 Cf, за один грамм которого придётся выложить 27 миллионов долларов США! Его ежегодное производство составляет около 40 мкг, а общий мировой запас, вероятно, не превышает 8 г. Уникальность калифорния ещё и в том, что он является очень мощным источником нейтронов, что позволяет использовать его в медицине и ядерной физике.
Что за волшебные звуки льются из квартиры номер 51? Здесь живёт известный с глубокой древности самый музыкальный химический элемент — сурьма Sb. В отличие от большинства металлов, сурьма при кристаллизации расплава расширяется. Но любопытна другая её особенность: оказывается, при медленном охлаждении и застывании расплавленная сурьма издаёт восхитительные низкочастотные звуки, напоминающие «пение» тибетских колоколов и чаш или чарующее пение сирен.
Химический элемент менделевий Md с порядковым номером 101, синтезированный в 1955 году в Калифорнийской национальной лаборатории имени Эрнеста Лоуренса в Беркли и названный в честь создателя одного из первых вариантов Периодической таблицы, претендует на шутливое звание самого хулиганистого. Дело в том, что рождения желанного атома ждут месяцами и даже годами, по эмоциональному состоянию оно сродни рождению ребёнка. Поэтому легко понять радость коллектива исследователей во главе с Гленном Сиборгом, которому при бомбардировке изотопа эйнштейния 253 Es ядрами гелия удалось получить семнадцать (!) атомов менделевия Md. При этом американские учёные позволили себе такую шутку: счётчик, фиксирующий рождение атома нового элемента, они подсоединили к пожарной сигнализации, которая, естественно, срабатывала каждый раз, как только желаемая частица появлялась в реакторе. Так продолжалось до тех пор, пока пожарная служба не пресекла это «хулиганство».
Завершающий на сегодняшний день седьмой период таблицы элемент, имеющий порядковый номер 118, не только самый тяжёлый (по массе), но, вероятно, и самый скандальный. Дело в том, что его рождение связано с крупным научным скандалом. В мае 1999 года физики всё той же лаборатории в Беркли опубликовали в журнале Physical Review Letters статью, в которой сообщили о получении желанного элемента. Когда их коллегам из Германии и Японии (а затем и в самом Беркли) не удалось воспроизвести результаты, возникли подозрения в достоверности полученных данных. Два года спустя результаты были признаны сфальсифицированными, статья отозвана, а фальсификатор уволен.
Успешный синтез нового элемента осуществлён в 2002 и 2005 годах совместно американскими и российскими физиками под руководством Юрия Оганесяна. Три его атома просуществовали менее одной тысячной доли секунды. В ноябре 2016 года новорождённому дано название «оганесон» Og. Так были отмечены заслуги академика Оганесяна в открытии сверхтяжёлых элементов, а оганесон стал вторым (после сиборгия) элементом, названным в честь здравствующего учёного («Наука и жизнь» писала об этом в январе 2017 года, статья «Унуноктий стал оганесоном» ).
Сегодня физики и химики спорят, есть ли граница у периодической системы и сколько химических элементов может она содержать. Мнения разделились: кто-то полагает, что таблица близка к завершению, кто-то надеется, что могут существовать элементы, имеющие порядковые номера 170 и более. Сейчас начинается строительство восьмого этажа. Как знать, скольким новосёлам ещё предстоит обживать новые квартиры!