Периодическая система с птичьего полета

Беглый взгляд, первое представление обычно мало что дают. Иногда оставляют наблюдателя равнодушным, иногда удивляют. Иногда заставляют воскликнуть, подобно некоему анекдотическому персонажу, увидевшему в зоопарке жирафа, – «не может быть!».

Но и предварительное знакомство с предметом или явлением, так сказать взгляд с птичьего полета, нередко бывает полезным.

Периодическую систему элементов Дмитрия Ивановича Менделеева никак не назовешь предметом или явлением. Она своеобразное зеркало, которое отражает содержание одного из величайших законов природы – периодического закона. Кодекса правил, которому подчиняется поведение ста с лишним элементов, встречающихся на Земле и полученных человеком искусственно. Своего рода распорядка, царящего в Большом доме химических элементов…

Первый взгляд на него схватывает многое. Поначалу рождается удивление. Словно среди типовых крупноблочных строений вы увидели здание причудливой и вместе с тем изящной архитектуры.

Чем же нас удивляет таблица Менделеева? Прежде всего тем, что ее периоды, ее этажи, спланированы очень неравномерно.

В первом этаже, первом периоде таблицы Менделеева, клеток всего две. Во втором и третьем – по восемь. Четвертый и пятый устроены прямо‑таки по гостиничному типу: восемнадцать комнат на каждом. На шестом и седьмом комнатушек и того больше – по тридцать две. Встречали вы когда‑нибудь подобное строение?

Но именно в таком виде предстает перед нами Большой дом химических элементов – периодическая система.

Причуда архитектора? Ничуть! Любое здание строится в соответствии с законами физики. Иначе оно развалится от легкого дуновения ветерка.

Столь же строгими физическими законами подкреплен и архитектурный замысел периодической системы. Они говорят: в каждом периоде таблицы Менделеева должно содержаться совершенно определенное число элементов. Например, в первом – два. Ни больше и ни меньше.

Так утверждают физики, и химики с ними полностью согласны.

Были иные времена. Физики ничего не утверждали, дела периодического закона их еще не начали волновать. Зато химиков, которые чуть не каждый год открывали новые элементы, весьма заботило, куда этих новичков поселить. И бывали здесь случаи неприятные, когда на одну‑единственную клетку в таблице выстраивалась целая очередь претендентов.

Среди ученых встречались скептики, и в немалом количестве. Они вполне серьезно утверждали: здание таблицы Менделеева построено на песке. Например, немецкий химик Бунзен. Тот, что со своим другом Кирхгофом изобрел спектральный анализ. Но к периодическому закону Бунзен проявил удивительную научную близорукость. «С таким же успехом можно искать закономерности в цифрах биржевых бюллетеней!» – как‑то в сердцах обронил он.

Еще до Менделеева делались попытки навести порядок среди хаоса шести с лишним десятков химических элементов. Но они были неудачными. Пожалуй, ближе всех к истине оказался англичанин Ньюлендс. Он провозгласил «закон октав». Как в музыке каждая восьмая нота повторяет первую, так и у Ньюлендса, расположившего элементы в ряд по величине атомных весов, свойства каждого восьмого были похожи на свойства первого. А вот реакция на открытие Ньюлендса: «Не пробовали ли вы располагать элементы в алфавитном порядке? Может, и в этом случае обнаружилась бы какая‑нибудь закономерность?»

Что мог ответить бедняга Ньюлендс своему язвительному оппоненту?

На первых порах таблице Менделеева не везло. «Архитектура» периодической системы подвергалась яростным нападкам. Ибо многое в ней оставалось неясным и требовало объяснения. Легче было открыть пяток‑другой новых элементов, чем найти им законное пристанище в таблице.

Только на первом этаже дело обстояло, казалось бы, благополучно: тут нечего было опасаться неожиданного наплыва квартирантов. Сейчас здесь обитают водород и гелий. Заряд ядра водородного атома равен +1, гелиевого +2. Ясно, что между ними нет и не может быть других элементов. Ведь в природе неизвестны ядра или другие частицы, заряды которых выражались бы дробными числами.

(Правда, в последние годы физики‑теоретики упорно обсуждают вопрос о существовании кварков. Так называют первичные элементарные частицы, из которых могут быть построены все прочие, вплоть до протонов и нейтронов – строительного материала атомных ядер. Так вот: у кварков предполагаются дробные электрические заряды: +¹/₃ и –¹/₃. Если кварки действительно существуют, то картина «материального устройства» мира может предстать перед нами в новом обличье.)