Чтобы объединить в одну таблицу химические элементы, Д. И. Менделеев взял за основу то общее, связующее и в то же время разъединяющее, что присуще им всем, — их атомный вес.
После долгих размышлений ученый пришел к выводу, что атомный вес элемента должен быть как-то связан со свойствами этого простого вещества. «Величина атомного веса определяет характер элемента», — пишет он.
Чтобы наглядно сопоставлять различные элементы друг с другом, Менделеев записал все химические элементы (а их было известно к тому времени 63) на отдельные небольшие карточки. На каждой такой карточке были указаны, кроме названия элемента, его атомный вес и основные свойства. После этого ученый расположил карточки в таком порядке, что все элементы следовали друг за другом по мере увеличения их атомных весов. Первым в этом ряду был водород, атомы его имели наименьший вес.
Долго изучал Менделеев полученный ряд элементов и не находил в этой последовательности никакой закономерности. Ни один элемент не походил по своим свойствам на своего соседа.
Но ученый не сдавался. Он был твердо уверен в том, что в ряду элементов в порядке увеличения атомных весов должна существовать какая-то закономерность. И снова всматривался в ряд элементов, еще и еще раз сопоставлял их свойства.
И победа пришла! Ученый обнаружил наконец последовательность в изменении свойств химических элементов — сходство свойств различных элементов в зависимости от их атомных весов. Оказалось, что это сходство наблюдается не у рядом стоящих элементов, а у веществ, отстоящих друг от друга на некотором расстоянии, разделенных иными, несхожими элементами.
Другими словами, свойства всех химических элементов по мере увеличения их атомных весов повторяются через определенный промежуток (через период элементов). Поэтому Д. И. Менделеев и назвал свою таблицу химических элементов периодической системой.
Вот перед нами один из таких периодов. В начале его — литий. Активный химический элемент с ярко выраженными свойствами металла. Далее — бериллий, чуть менее активный металл, он уже не совсем типичный металл. Третий элемент, бор, еще менее похож на металл, химическая активность его ниже, чем у лития и бериллия. Следующий элемент углерод, — основа всех органических веществ. Это уже переходный элемент от металлов к неметаллам. Затем мы видим азот — первый в этом периоде металлоид и самый малоактивный среди них; он входит в состав воздуха и носителей жизни — белков. Идущий за азотом кислород более активен, он легко вступает в химическое соединение со многими веществами. Следующий элемент, фтор, — самый активный и ярко выраженный металлоид. Заканчивает период инертный газ неон.
Так в одном периоде мы видим самые различные элементы. За этой группой элементов с самыми различными свойствами следует группа (период) элементов, свойства которых уже повторяют свойства веществ первого периода.
Но это было еще не все. Мы еще не сказали о тех выводах, которые сделал Менделеев из своего открытия. Великий химик искал всеобъемлющую связь, указывающую на единство всех известных элементов. И когда он нашел периодическую зависимость свойств этих элементов от их места в таблице и от их атомного веса, сделал гениальный вывод: зная, как должны изменяться свойства рядом стоящих элементов, зная, сколько элементов и с какими именно свойствами должно быть в каждом периоде, можно, во-первых, проверить, насколько правильно были определены атомные веса различных элементов; и во-вторых, можно видеть, где, в каких местах нет элементов с нужными для полного периода свойствами. Иными словами, теперь можно предсказывать, какие еще элементы должны существовать в природе, и даже заранее знать их свойства!
К примеру, Менделеев увидел, что на месте химического элемента, который по свойствам должен быть близок к алюминию, стоит совсем не похожий на алюминий титан. Ученому ясно: на месте титана должен находиться какой-то другой элемент, схожий с алюминием. Но какой? Он был неизвестен. Менделеев оставляет в таблице пустую клетку; ее должен занять пока еще не открытый элемент, по химическим свойствам обязательно схожий с алюминием. Менделеев дает ему условное название экаалюминий.
Ученый уверен, что этот элемент откроют в будущем, и подробно описывает его химические и физические свойства — цвет, растворимость, удельный вес.
Менделеев оставил пустые места и для других неизвестных еще элементов — родственников силиция (кремния) и бора. В 1871 году он писал: «Мы не имели до сих пор никакой возможности предвидеть отсутствие тех или других элементов потому именно, что не имели никакой строгой для них системы, а тем более не имели поводов предсказывать свойства таких элементов… Решаюсь это сделать ради того, чтобы хотя со временем, когда будет открыто одно из этих предсказываемых мною тел, иметь возможность окончательно увериться самому и уверить других химиков в справедливости тех предположений, которые лежат в основании предлагаемой мною системы».
Слово было за будущим.
Будущее отвечает
Очередное заседание Парижской академии наук не обещало ничего интересного. Неожиданно слово взял академик Вюрц:
— Господа, я позволю себе от имени нашего коллеги уважаемого Лекока де Буабодрана просить вскрыть пакет, переданный им достопочтенному секретарю академии три недели назад.
Как ни готовился Лекок де Буабодран к этому моменту, он не смог сдержать волнения: сейчас станет известно всем то, о чем до сих пор знал только он, его открытие станет достоянием науки…
А все началось с того, что, исследуя с помощью спектрального анализа различные минералы, Буабодран обнаружил незнакомый фиолетовый луч в спектре цинковой обманки, привезенной с Пиренейских гор. Нет сомнения, в этом минерале есть какой-то неизвестный элемент!
Недели напряженных поисков, и вот в руках у химика первая крупица этого элемента. Еще месяц лихорадочной работы, и выделен целый грамм серебристого металла. Пора начинать всестороннее изучение незнакомца. Да его еще нужно как-то назвать! И Буабодран нарекает новый элемент галлием, в честь древнего названия Франции.
Академики встречают сообщение об открытии шестьдесят пятого элемента аплодисментами. Сообщение об этом публикуется в «Докладах» Парижской академии. Лекок де Буабодран получает первые поздравительные письма. Ученые поздравляют коллегу с успехом.
Письма идут из Англии и Италии, из Германии и Швеции… А вот и еще одно. Ого! Из России. «И там знают о моем открытии». Ученый читает письмо. Он поражен. После теплого поздравления отправитель письма сообщает, что первооткрыватель галлия ошибся: удельный вес галлия не может быть равен 4,7. Его вес должен быть от 5,9 до 6,0.
Буабодран перечитывает письмо. Кто это пишет?
Менделеев! Известный русский химик.
Французский ученый задумывается. Откуда у химика из Петербурга такая уверенность? Опыты проведены с достаточной тщательностью, ошибки в определении удельного веса галлия не может быть. Он так и ответит Менделееву.
«Но почему он все-таки так уверен, что я ошибся?» И Буабодран решил проверить себя. Результаты повторного исследования были поразительными: Менделеев прав! Удельный вес галлия равен 5,96.
Как он мог это предсказать, даже не видя галлия?! Менделеев в письме упоминает о его статьях, опубликованных в 1869 и 1871 годах, пишет о какой-то периодической системе и о том, что еще тогда предсказал свойства галлия. Чудеса! Нужно немедленно найти и прочесть эти статьи… А затем чувство недоумения у Буабодрана сменилось восторгом. «Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов г. Менделеева, — пишет он в своей новой статье о галлии. — Прорван круг неожиданностей, случайностей, слепого блуждания…»
Позднее знаменитый русский ученый К. А. Тимирязев писал: «Дмитрий Иванович Менделеев объявляет ученому миру, что где-то во всей Вселенной, может быть, на нашей планете, а может быть, и в иных звездных мирах должен найтись элемент, которого не видел еще человеческий глаз; и этот элемент находится, и тот, кто его находит при помощи своих чувств, видит его на первый раз хуже, чем видел своим умственным взором Менделеев, — это ли не пророчество?»