Открытие периодического закона

В разделе 1 мы познакомились со многими элементами: водородом и кислородом, натрием и хлором, железом и серой. У каждого свои свойства, и на первый взгляд их невозможно запомнить все. К середине XIX века химики знали уже более шестидесяти элементов, и вопрос, есть ли в этом разнообразии порядок, стал главным вопросом химии.

Поиски системы

Химики давно замечали, что некоторые элементы похожи друг на друга. Литий, натрий и калий — мягкие металлы, которые бурно реагируют с водой. Хлор, бром и иод образуют с металлами похожие соли. В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер объединил сходные элементы в тройки — триады — и заметил, что атомная масса среднего элемента триады примерно равна среднему арифметическому масс крайних. Позже англичанин Джон Ньюлендс расположил элементы по возрастанию атомных масс и увидел, что свойства повторяются через каждые семь элементов, как ноты в октаве. Но ни одна из этих попыток не охватывала все элементы.

Как Менделеев нашёл закон

Решающий шаг сделал Д. И. Менделеев. Работая над учебником «Основы химии», он искал порядок, в котором удобно рассказывать об элементах. Менделеев выписал на карточки свойства всех известных элементов и расположил их по возрастанию атомных масс. Оказалось, что свойства элементов при этом периодически повторяются: после каждого галогена идёт щелочной металл, за ним — металл, похожий на магний, и так далее. 1 марта 1869 года (17 февраля по старому стилю) Менделеев разослал химикам листок с таблицей «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве».

Смелость Менделеева состояла в том, что он поверил найденной закономерности больше, чем отдельным измерениям. Если элемент не подходил к своему месту, учёный делал вывод, что его атомная масса измерена неверно, и исправлял её. Там, где подходящего элемента не находилось, он оставлял пустые клетки и описывал свойства элементов, которые должны их занять.

Периодический закон

Менделеев сформулировал закон так: свойства элементов, а также формы и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов. Однако в его таблице было несколько мест, где порядок масс приходилось нарушать: теллур (масса 128) стоит перед иодом (масса 127), потому что по свойствам иод — галоген, а теллур похож на серу. Причину этих исключений объяснили только в начале XX века, когда узнали, как устроен атом. В 1913 году английский физик Генри Мозли доказал, что порядковый номер элемента равен заряду ядра его атома.

Отсюда современная формулировка. Периодический закон: свойства химических элементов и образуемых ими веществ находятся в периодической зависимости от заряда ядра атома. Почему свойства повторяются, станет ясно в теме 2.2: с ростом заряда ядра периодически повторяется строение внешнего электронного слоя атома.