История химии с древнейших времен до конца XX века. В 2 т. Т. 2

Открытие закона имело огромное значение не только для развития неорганической химии, но также философии и всего естествознания в целом. Периодический закон Д.И. Менделеева является отражением сразу нескольких законов диалектики: о переходе количественных изменений в качественные, об отрицании отрицания, а также о единстве и борьбе противоположностей.

2.7. Три этапа в развитии Периодического закона

Таким образом, в начале XX в. закончился первый этап в развитии Периодического закона. Он был непосредственно связан с именем Д.И. Менделеева. В этот период основными инструментами при создании классификации химических элементов выступали атомная масса и атомная аналогия. Однако классические физико-химические методы исследования в то время оказались не в состоянии вскрыть истинные причины различных отступлений от периодичности в изменении атомной массы, например, почему некоторые более тяжелые элементы (Ar, Те) находятся в таблице впереди более легких (К, I соответственно). В 1889 г. Д.И. Менделеев говорил о законе как «о новой тайне природы, еще не поддающейся рациональной концепции»^{312}. Изучение различных физических, механических, кристаллографических и химических свойств элементов, а также их соединений показало их общую зависимость от более глубоких и скрытых для того времени внутренних свойств атомов. Великий русский ученый отчетливо понимал, что «периодическая изменяемость простых и сложных тел подчиняется некоторому высшему закону, природу которого, а тем более причины ныне нет еще средства охватить. По всей вероятности, она кроется в основных началах внутренней механики атомов и частиц»^{313}.

Второй этап

в развитии Периодического закона начался в тот момент, когда было выяснено значение атомного номера, который оказался численно равным положительному заряду ядра атома (см. т. 2, глава 5, п. 5.3.5). В связи с этим по-новому стала звучать и формулировка закона. Она отражала периодическую зависимость свойств элементов и их соединений уже не от атомной массы, а от величины положительного заряда ядра (атомного номера). Это изменение носит принципиальный характер и подчеркивает качественно новый уровень понимания природы периодичности изменения свойств химических элементов. Тем не менее, на этой стадии эволюции Периодического закона оставался неясным физический смысл явления периодичности. Было не совсем понятно, почему при монотонном увеличении заряда атомного ядра свойства элементов изменяются не монотонно, а периодически.

Только на третьем этапе, с развитием квантово-механической теории электронного строения атома (см. т. 2, глава 5, п. 5.4), появилась возможность вскрыть истинный

физический смысл Периодического закона. Было установлено, что причина периодичности изменения химических свойств элементов обусловлена предельной емкостью электронных уровней и подуровней, а также периодическим возобновлением сходных валентных электронных конфигураций атомов при более высоких энергиях внешнего слоя.

На третьем этапе развития Периодического закона произошла еще одна модернизация Периодической таблицы, связанная с открытием валентных соединений благородных газов. Долгое время считали, что инертные газы не способны вступать во взаимодействие с другими элементами, хотя с квантово-механических позиций образование соединений теоретически возможно для всех благородных газов, начиная с Ar. В 1933 г. американский химик Лайнус Полинг (см. т. 2, глава 7, п. 7.5.1), исходя из значений ионных радиусов, предположил, что могут быть получены соединения криптона и ксенона со фтором. Д.-М. Пост и А.Л. Кайе попытались синтезировать XeF₆, пропуская электрический разряд через смесь ксенона и фтора. Несмотря на жесткие реакционные условия, синтезировать новое вещество не удалось.

^{Нил Бартлетт}

В начале 60-х годов прошлого столетия, исследуя химические свойства сильнейшего окислителя гексафторида платины PtF₆, канадский химик Нил Бартлетт заметил, что при длительном выдерживании на воздухе реагент меняет свой цвет. Несколько позднее совместно с Д. Ломаном он подтвердил образование соединения O₂

⁺[PtF₆]^–. Таким образом, оказалось, что гексафторид платины является окислителем невиданной ранее силы: вещество было способно окислять молекулярный кислород. Благодаря проведенным расчетам, Бартлетт установил, что первая энергия ионизации Rn меньше, а в случае Xe она сопоставима по величине с энергией ионизации молекулярного кислорода (1175 кДж/моль для процесса O₂ → O₂⁺ + е^-)^{314}. Одновременно возникла идея осуществить реакцию между ксеноном и гексафторидом платины.