Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Неужели авторство Менделеева не является общепризнанным? События, которые привели к описанной ситуации, по-своему драматичны. В науке существуют два пути, ведущие к появлению обобщающих законов. Первый – тщательное накопление фактов и дальнейшая систематизация с помощью логических рассуждений и формулировки нового закона. Во втором случае имеющихся данных недостаточно, остается много белых пятен, но интуиция исследователя помогает восстановить общую картину. История создания периодической системы – яркий пример того, как исследователи приступают к поискам обобщающих закономерностей задолго до того, как накопится исчерпывающее количество экспериментальных данных.

Первые попытки систематизации химических элементов относятся к концу XVIII в., когда Лавуазье, основываясь на отчетливо выраженных химических свойствах, предложил деление на металлы и неметаллы. Более детальную систематизацию удалось провести И. Дёберейнеру в 1817 г. Он сумел объединить некоторые элементы по близким химическим свойствам в триады: Li-Na-K, Ca-Sr-Ba, S-Se-Te и Cl-Br-I. Кроме того, он заметил, что атомная масса среднего элемента в триаде равна полусумме двух крайних. Можно сказать, что начиная с этого момента появление некой системы, объединяющей все элементы, стало ожидаемой реальностью. Поиски в указанном направлении привели к тому, что до Менделеева двое ученых очень близко подошли к ее созданию.

Лотар Майер (1830–1895), немецкий физикохимик, занимаясь систематизацией химических элементов, расположил их по группам, однако основным свойством он считал степень окисления, а не атомную массу. Составленную таблицу он опубликовал в 1864 г. Триады Дёберейнера, дополненные до четырех или пяти элементов, расположены в вертикальных столбцах (рис. 9.4).

В 1866 г. британский химик Дж. Ньюлендс (1837–1898) представил таблицу, включающую 62 известных на тот момент элемента, состоящую из наборов по 8 элементов, расположенных в горизонтальных рядах (рис. 9.5). Ньюлендс, унаследовавший от матери-итальянки любовь к музыке, романтически назвал найденную закономерность «правилом октав» и доложил о ней на заседании Лондонского королевского общества. Доклад не вызвал интереса, а профессор Г. Фостер из Глазго с явной иронией спросил автора, не пробовал ли он расположить элементы по алфавиту и не возникла ли при этом новая закономерность.

Д. И. Менделеев создал свой вариант системы независимо от работ предшественников. В качестве основной характеристики он выбрал атомную массу, но не строго формально, а с учетом химических свойств. В результате ему удалось объединить в стройную систему все известные к тому времени элементы. В 1869 г. он опубликовал первый вариант таблицы (рис. 9.6).

В 1871 г. Менделеев представил детальный вариант, где были указаны атомные массы и варианты степеней окисления элементов. Горизонтальные черточки указывают места не полученных пока элементов (рис. 9.7).

При сравнении двух вариантов таблицы, показанных выше, мы сразу понимаем, что вертикальные столбцы в первом варианте превратились в горизонтальные ряды во втором варианте – то есть Менделеев повернул таблицу на 90 градусов. И такое изображение сохранилось до наших дней.

Важно то, что выведенный закон обладал предсказательной силой, что вскоре блестяще подтвердилось. Это был троекратный триумф – открытие предсказанных галлия, скандия и германия. В сравнении тем, что создал Менделеев, работа, которую проделали Майер и Ньюлендс, была по существу формальной классификацией элементов – авторы не нашли объединяющего закона и ничего не могли предсказать.

Итак, в интервале 1864–1869 гг. трое ученых независимо друг от друга предложили три варианта систематизации химических элементов. По-видимому, необходимость таблицы "висела в воздухе".

Вследствие широкого признания, которое получила работа Менделеева, в 1880 г. Майер опубликовал статью, где писал, что именно ему принадлежит приоритет в открытии закона. В итоге вопрос об истинном авторстве долгое время оставался открытым. Ситуация осложнялась тем, что в 1884 г. с претензиями на приоритетность выступил и Ньюлендс. В результате Лондонское королевское общество, чувствуя вину за прошлое свое ироничное отношение к его работе (предложение расположить элементы по алфавиту), присудило ему в 1887 г. золотую медаль им. Дэви – точно такую же, какую за пять лет до этого получили Менделеев и Мейер.