История периодической системы элементов

В начале 19 в., с развитием идей химической атомистики и методов химического анализа, появились первые попытки систематизации элементов по их атомному весу, признанному основной количественной характеристикой элемента [1].
В 1817 г. И.В. Дёберейнер заметил, что атомный вес стронция приблизительно совпадает со средним значением атомных весов кальция и бария, причем свойства элементов, составляющих триаду Ca–Sr–Ba, сходны. В 1829 г. он указал и на другие триады (см. таблицу [2]).

Триады

Атомные веса

1	Li	Na	K
2	S	Se	Te
3	Cl	Br	I
4	Ca	Sr	Ba

7	23	39
32	79	128
35,5	80	127
40	88	137

     В 1843 г. Л. Гмелин привел таблицу химически сходных элементов, расставленных по группам в определенном порядке. Вне групп элементов, вверху таблицы, Гмелин поместил три "базисных" элемента – кислород, азот и водород. Под ними были расставлены триады, а также тетрады и пентады (группы из четырех и пяти элементов), причем под кислородом расположены группы металлоидов (по терминологии Берцелиуса), т.е. электроотрицательных элементов; электроположительные и электроотрицательные свойства групп элементов убывали сверху вниз [1].
     В 1863 г. А. де Шанкуртуа расположил элементы в порядке возрастания их атомных весов по спирали на поверхности цилиндра, разделенного на вертикальные полосы. Элементы со сходными химическими и физическими свойствами оказывались при этом расположенными на одной вертикали [1,2].
     В 1864 г. Д. Ньюлендс заметил, что если расположить элементы в порядке возрастания атомного веса, то каждый восьмой элемент, начиная от выбранного произвольно, в какой-то мере подобен первому, как восьмая нота в музыкальной октаве. Ньюлендс назвал эту закономерность законом октав. В 1865 г. он построил таблицу, в которой элементы были расположены в порядке возрастания их атомного веса [1 – 3].

Часть распределения элементов по "октавам" Ньюлендса [2]

H 1	Li 2	Be 3	B 4	С 5	N 6	O 7
F 8	Na 9	Mg 10	Al 11	Si 12	P 13	S 14
Cl 15	K 16	Ca 17	Cr 18	Ti 19	Mn 20	Fe 21

Однако таблица Ньюлендса более или менее правильно отражала периодичность в изменении свойств лишь у первых 17 элементов. Поэтому "закон октав" Ньюлендса не получил признания, и о нем забыли на долгие годы.
     В период 1857 – 1868 гг. У. Одлинг составил несколько таблиц. В таблице 1857 г. 49 элементов были размещены в 9 группах. В 1861 г. эта классификация была несколько усовершенствована: химически сходные элементы Одлинг объединил в триады, тетрады и пентады, вне этих объединений остались водород, бор и олово. Наибольший интерес представляет таблица 1868 г., в которой элементы (таблица включала 45 элементов из 62 известных в то время) расположены в порядке возрастания их атомных весов [1,3].
     В 1864 г. Л. Мейер опубликовал таблицу элементов, в которой 44 элемента были расставлены в шести столбцах в соответствии с их валентностью (высшей) по водороду. Таблица состояла из двух частей. В основной таблице, объединяющей шесть групп (первая группа – углерода, вторая – азота, третья – кислорода, четвертая – галогенов, пятая – щелочных металлов, шестая – щелочноземельных металлов), 28 элементов были расставлены в порядке возрастания их атомных весов, в ней фигурировали тетрады и пентады, во вторую (небольшую) таблицу вошли элементы, не укладывающиеся в группы первой таблицы [1].
     Излагая историю открытия периодического закона, некоторые авторы указывают, что в 1868 г. Л. Мейер составил вторую таблицу элементов, которая будто бы предвосхищает периодическую систему элементов Д.И. Менделеева 1869 г. Эта вторая таблица не была опубликована Мейером и была найдена в его бумагах после его смерти и опубликована К. Зейбертом [1].
     Рассмотрение этой второй таблицы Мейера, в которой элементы расставлены в 16 группах (16-я группа, однако, пустая), приводит к неоспоримому выводу, что в своих основных чертах эта таблица представляла собою вариант таблицы 1864 г. В ней также фигурировали прежние тетрады и пентады. Обозначение групп по валентности элементов было заменено простой нумерацией групп. В таблице отсутствовали некоторые элементы – водород, бор, уран, торий, ниобий и др. В основе таблицы лежали те же разности в атомных весах между соответствующими элементами в группах тетрад и пентад [1].
     Следующая таблица Л. Мейера появилась уже после опубликования Д.И. Менделеевым сообщения об открытии периодического закона. Публикация Л. Мейера датирована декабрем 1869 г. и вышла в свет в 1870 г. Мейер ссылается в своей статье на реферат статьи Менделеева "Соотношение свойств с атомным весом элементов", появившийся в немецкой печати. Характерно, что фигурирующая в статье Мейера таблица элементов озаглавлена "Природа химических элементов как функция их атомных весов", что представляет собой парафраз заглавия статьи Менделеева. Сам Мейер приводит следующие замечания к своей таблице: "Благодаря более правильному определению атомных весов, сделалось возможным все достаточно известные элементы расположить в одну систему. Недавно Менделеев показал, что подобное расположение можно получить, просто расположив все атомные веса в ряд, без какого-либо произвольного выбора, в порядке их возрастания, затем, разбив этот ряд на отрезки и присоединив последние друг к другу без изменения порядка. Следующая таблица в существенных чертах тождественна с той, которую дает Менделеев" [1].
     Следует отметить, что в этой же статье Л. Мейер приводит свою известную кривую изменения атомных объемов как функцию атомного веса. Д.И. Менделеев несколько ранее отмечал периодичность изменения атомных объемов элементов, в частности в своем докладе летом 1869 г. Второму съезду русских естествоиспытателей в Москве. Тем не менее Менделеев счел необходимым отметить наглядность, которую представляет кривая Мейера [1].
     В истории открытия Д.И. Менделеевым периодического закона и создания периодической системы можно выделить три этапа. Предполагая построить систему элементов из структурных блоков типа [4]:

щелочные металлы
или их формальные
(по количественным
признакам выявленные)
аналоги (Cu, Ag),
т.е. типичные металлы

–

промежуточные
элементы "с менее
резким химическим
характером"

–

галогены,
т.е. типичные неметаллы,

(I)

на первом этапе Менделеев, по-видимому, составил полную таблицу по этой схеме [4]:

–

и т.д.

(Ia)

Кроме того, он располагал также и ее "укороченным" вариантом [4]:

Li	Be	B	C	N	O	F
Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl
K	Ca	–	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni
Cu	Zn	–	–	As	Se	Br
Rb	Sr	–	Zr	Nb	Mo	–	Rh	Ru	Pd
Ag	Cd	U	Sn	Sb	Te	I

и т.д.

(Ib)

     Предложенная система элементов отражала периодический характер зависимости свойств элементов от их атомных весов, что составляло основу открытого Менделеевым периодического закона (конец 1868 – начало 1869 гг.).
     На втором этапе Менделеев отказался от системы типа (Ib) из-за отсутствия в ней ясных и строгих критериев объединения в один столбец элементов разных разрядов. В результате была предложена таблица, озаглавленная "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" (17 февраля 1869 г.).
     И, наконец, к ноябрю 1870 г. в работе "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств не открытых элементов" Менделеев создал фактически современный вариант периодической системы [4].

Список литературы

Фигуровский Н.А. Очерк общей истории химии: развитие классической химии в XIX ст. М., Наука, 1979.
Фримантл М. Химия в действии. т. 2, М., Мир, 1998.
Волков В.А., Вонский Е.В., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира. М., Высшая школа, 1991.
Дмитриев И.С. Научное открытие in statu nascendi: периодический закон Д.И. Менделеева. / Вопросы истории естествознания и техники, № 1, 2001, с. 31.

К оглавлению учебных материалов

Li	Be	B	C	N	O	F
Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl
K	Ca	–	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni
Cu	Zn	–	–	As	Se	Br
Rb	Sr	–	Zr	Nb	Mo	–	Rh	Ru	Pd
Ag	Cd	U	Sn	Sb	Te	I

Li	Be	B	C	N	O	F
Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl
K	Ca	–	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni
Cu	Zn	–	–	As	Se	Br
Rb	Sr	–	Zr	Nb	Mo	–	Rh	Ru	Pd
Ag	Cd	U	Sn	Sb	Te	I

Li	Be	B	C	N	O	F
Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl
K	Ca	–	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni
Cu	Zn	–	–	As	Se	Br
Rb	Sr	–	Zr	Nb	Mo	–	Rh	Ru	Pd
Ag	Cd	U	Sn	Sb	Te	I