В 1869 году химик с самобытной русской внешностью увидел необычайное видение.
Его мучила тайна,
которая озадачивала ученых в течение нескольких поколений.
И в первый раз у него промелькнула мысль о природных "строительных кирпичиках",
элементах, выстроенных в их естественном порядке.
Его звали Дмитрий Менделеев.
Он был на пороге взламывания секретного кода Космоса,
что должно было стать одним из величайших открытий человечества -
Периодической таблицей элементов.
Эта история об элементах,
строительных блоках, из которых состоит вселенная ...
Захватывающий рассказ об их открытии
о взаимосвязи между ними проливает свет на то, как был создан наш мир.
Мое имя Джим аль-Халили.
И с тех самых пор, как я начал изучать тайны материи,
меня впечатляет взрывная история химии...
Хо-хо! Блестяще!
...Я открыл несколько потрясающих элементов...
Это невероятно!
.. я видел, как ковалась химия
в жарких печах алхимиков.
Сейчас я намерен продолжить свой путь.
Я отыщу тех, кто стоял у истоков химии...
Как жжёт руки.
... пытаясь найти смысл в хаосе элементов
и преодолевая наш естественный страх перед беспорядком.
Мог ли здесь быть какой-то особый план, положенный в основу самих элементов?
Я приму участие в некоторых экспериментах по получению летучих соединений...
Сейчас мы хотим получить осадок калия.
Вы только посмотрите на это!
...и быть свидетелем некоторых огненных реакций.
И я выясню, каким образом скрытый порядок вещей в мире
привел к такому замечательному порядку в среде химических элементов.
BBC: Chemistry: A Volatile History / Химия: Изменчивая История e2 Discovering the Elements / Порядок элементов русские субтитры TrueTransLate.tv
Как физик-ядерщик,
я провел жизнь, изучая субатомный мир,
основные строительные блоки материи.
Но для этого я должен разбираться в компонентах нашего мира...
в элементах.
Наша планета была создана всего лишь из 92 элементов.
Земля, по которой мы ходим, воздух, которым мы дышим, звёзды, в которые вглядываемся,
даже мы.
Наши тела полностью состоят из элементов.
Сейчас мы знаем название и номер
всех существующих в природе элементов.
Но 200 лет назад
эти элементы только начали открывать свои секреты.
В начале 19 века
были открыты только 55 из них -
от жидкой ртути до ослепительного магния...
и летучего йода.
Ученые не имели ни малейшего понятия, сколько элементов они ещё могут найти,
или же их число окажется бесконечным.
Но основным вопросом было: как они соотносятся друг с другом?
Были ли это случайные звезды,
или элементарный мир все-таки произошел из вселенского порядка и логики?
Решение головоломки оказалось сложной задачей.
И первые проблески ответа поступили из маловероятного источника.
Джон Дальтон был умным, скромным человеком,
у него была одна "британская" страсть - погода.
Он родился здесь, в Озерном крае, в 1766 году.
И был настолько умен, что уже в возрасте 12 лет
он обучал других детей в школе, которую сам же и основал.
Когда он прогуливался поблизости от своего дома, ему нравилось наблюдать
как меняется погода на этих холмах.
Он был настолько одержим этим, что вел метеорологический дневник в течении 57 лет,
каждый день... неважно шёл ли дождь или светило солнце,
им было сделано около 200 тысяч отдельных наблюдений.
Дальтон был спокойным, склонным к уединению человеком, ведущим скромную, размеренную жизнь.
Он был закоренелым холостяком и не так уж часто появлялся в обществе.
Единственным его публичным развлечением можно было считать игру в шары раз в неделю,
обычно по вторникам, после полудня.
Конечно же, он был человеком привычки,
хотя он порой мог выглядеть "немного не от мира сего".
Дальтон был страстным читателем и глубоким мыслителем.
За внешними спокойными манерами
скрывалась натура, переполненная радикальными идеями.
Незадолго до этого ученые сделали важное открытие, объясняющее,
каким именно путем элементы в совокупности образуют соединения.
При этом они всегда соединяются в одних и тех же пропорциях.
Дальтон должен был знать, что поваренная соль, хлорид натрия,
всегда состоит из одной части натрия и одной части хлора.
Поэтому было не важно откуда соль - из Солт Лейк Сити
или же из Сибири, ее состав был каждый раз одинаков с точки зрения пропорции составляющих ее элементов.
Для этого, предположил Дальтон,
каждый элемент должен состоять из уникальных для него "строительных кирпичиков",
которые он назвал "неделимыми частицами", то есть атомами.
Это было внезапное озарение, совершенно невероятное.
Он полагал, что во вселенной всё
состоит из бесконечно малых частиц.
Древние греки выдвинули идею существования атома на 2000 лет раньше,
но неожиданно отвергли ее.
Таким образом, Дальтон как бы принял эстафету этой теории строения вещества.
То, что описал Дальтон, было революционным.
Он нащупал основы теории атома,
предваряя исследования, которые еще только будут проведены столетием спустя.
Он предположил, что количество видов атомов такое же,
как и количество существующих элементов.
И поскольку каждый элемент отличен от других,
атом каждого элемента имеет разный вес -
уникальный атомный вес.
Каждый элемент имеет свой собственный атомный вес,
не важно твердый он, жидкий или даже газообразный.
Каждый из этих трех шаров наполнен различным газом.
Сейчас они приблизительно одинакового размера,
таким образом, каждый из них должен иметь внутри примерно одинаковое число атомов.
Дальтон считал, что разные атомы имеют различный атомный вес.
Так что, вес каждого из этих трех шаров должен быть разным.
Вот этот красный шар наполнен гелием.
И если я его отпущу,
он взлетит.
Гелий - очень легкий газ.
Второй шар наполнен аргоном.
И если я его отпущу,
он медленно опустится.
Аргон - тяжелее, чем гелий.
Третий шар наполнен криптоном. И если я его отпущу,
он упадёт как камень.
Таким образом, Дальтон был прав -
вес атомов разных элементов отличен друг от друга.
Основываясь на этой теории и работая преимущественно самостоятельно,
Дальтон сделал одну из первых попыток
внести некоторый порядок в хаотичный мир элементов.
Этот удивительный, мистический порядок "по Дальтону" представлял собой перечень
элементов, выстроенных в соответствии с их весом.
Здесь есть несколько элементов, которых я даже толком не знаю,
но перечень все-таки начинается с водорода.
Затем ниже, на седьмом месте, кислород.
и уже совсем внизу, на 167 месте - ртуть.
Как оказалось, не для всех элементов Дальтон определил атомный вес правильно.
Но он совершил гигантский теоретический скачок,
работая исключительно умозрительно.
Два столетия назад
Джон Дальтон пользовался своим воображением как микроскопом.
Но сегодня мы владеем технологией, позволяющей рассмотреть контуры каждого отдельного атома
с помощью этого сканирующего туннельного микроскопа.
Это не совсем обычный микроскоп, поскольку в нем не используется свет.
Размер атома даже меньше, чем миллионная доля миллиметра,
он меньше, чем длина волны видимого света.
Этот микроскоп использует электроны,
чтобы сканировать поверхность материалов,
различая отдельные атомы.
Полученные изображения изумительны.
Вот атомы "солнечного" кремния.
А это атомы углерода.
Вот так выглядят атомы золота.
А так - атомы меди.
Медь - блестящий, важный в нашей жизни металл,
который позволил человечеству перейти от каменного века к бронзовому.
Медные самородки можно найти прямо на поверхности Земли,
но их обычно добывают из медной руды.
И соединения меди бегут в венах некоторых животных.
Кровь осьминогов синяя, такая же, как у улиток и у пауков.
В начале 1800-х годов многие ученые отклонили
идею Джона Дальтона о том, что элементы имеют
различную атомную массу.
Но один человек верил в него -
это шведский химик, Йёнс Якоб Берцелиус.
Берцелиус был одержим идеей упорядочения элементов.
Он был убежден, что более обширные знания о весе каждого элемента
жизненно важны.
И когда он услышал о теории Дальтона,
у него возник честолюбивый план.
Это была колоссальная задача.
На самом деле она выглядела почти безумной.
Этот шведский химик-одиночка намеревался
измерить точно атомный вес каждого отдельного элемента,
даже без какого-либо маломальского доказательства того, что атомы вообще существуют.
Но прежде чем Берцелиус смог начать, он должен был очистить,
отфильтровать каждый элемент невероятно точно.
И это было далеко не так просто.
В то время
существовало очень немного серьезных химических приборов,
необходимых для работы с такой точностью.
Но и это не остановило такого человека, как Берцелиус.
Это было его миссией.
Поэтому Берцелиус начал делать свое лабораторное оборудование.
- Привет Лиам. - Привет Джим. Рад встрече. Проходи.
Лиам Ривс, профессиональный стеклодув
из Королевского колледжа Искусств, покажет мне, каким образом Берцелиус делал это.
Процесс выдувания стекла требует физических усилий
и происходит при высокой температуре.
Берцелиус, должно быть, был очень предан своему делу.
Прямо сейчас я получаю стекло,
температура которого около 1000 °C.
Я использую деревянный чурбан, чтобы охладить стекло и придать ему форму.
Что именно ты сейчас делаешь?
Это будет круглодонная колба,
которая могла бы стать частью основного химического прибора,
которым пользовался Берцелиус. Сейчас я добавлю немного воздуха,
который будет заперт в трубке и под воздействием тепла будет расширяться.
Вот, не легко, наверное, было Берцелиусу научиться этому?
Говорят, требуется 12 лет для того, чтобы стать настоящим мастером-стеклодувом.
Он был очень искусным стеклодувом,
заявляю это со всей уверенностью после знакомства с его работами.
То, что он делал, относится к высокоточной аппаратуре,
изготовить которую гораздо сложнее,
чем обычную вазу или стакан.
Посмотрев рисунки, я не смог понять, как он это сделал.
В самом деле? И правда - непонятно. Прямо сейчас я делаю горлышко бутылки.
Итак, это обычая круглодонная колба.
очень похожая на ту, которую мог бы делать Берцелиус.
Процесс выдувания стекла - непривычное занятие для физиков-теоретиков
вроде меня.
Но я хочу понять,
насколько трудно достичь мастерства в этом деле.
Хорошо, просто поворачивай немного медленнее.
Слегка в обратную сторону.
А-а! Как жжёт руки.
Конечно, я буду защищать вас. О-о, так-то лучше.
Неплохо продвигается.
Ну, хорошо.
Это лишний раз доказывает, насколько это сложно.
Итак, обучение займет 12 лет.
Думаю, можно управиться и за 7-8.
Там моя колба, тая, медленно умирает.
Полагаю, это доказывает, каким невероятно талантливым
был Берцелиус - он не делал таких простых вещей,
а изготовлял то, что было гораздо сложнее устроено.
И хотя он исследовал лишь порядок элементов, там оказалось и кое-что еще.
Примечательным в случае Берцелиуса было то, что навыки,
которые он приобрел как стеколодув, привели его к невероятному открытию.
В 1824 году он открыл новый элемент,
обнаружив, что в состав стекла входит кремний.
Кремний - это полупроводниковый элемент... найденный внутри некоторых метеоритов.
Почти у дома, прямо под ногами.
Земная кора преимущественно состоит из кремниевых минералов.
Кремний - второй по распространенности элемент, после кислорода.
В природе чаще всего встречается в виде песка или кварца.
Его антропогенные соединения могут быть термостойкими,
водонепроницаемыми и противопригарными.
Но величайшим достижением применения кремния является силиконовый чип,
сокративший размеры компьютеров от "комнатных" до "карманных".
Кремний - последний из четырех элементов, который выделил Берцелиус,
наряду с торием, церием и селеном.
Последнее десятилетие своей жизни он посвятил
измерению атомного веса, снова и снова,
навязчиво пытаясь найти логику
вопреки, казалось бы, неопределенному хаосу естественного мира.
Берцелиус лабораторно исследовал более 2000 химических соединений
с ошеломляющей самоотверженностью.
Он взвешивал, измерял, прилагал отчаянные усилия к исследованию мельчайших деталей,
пока не выяснил относительный вес 45-ти различных элементов.
Некоторые из его результатов были в высшей степени точными.
Вес газа хлора
был определен им с точностью до пятой доли процента от того, что известен нам сегодня.
Но в то самое время, когда Берцелиус получал свои результаты,
другие ученые начали измерять атомные веса
и пришли к совершенно иным результатам.
Теперь они противостоят друг другу,
возможно, подпитывая врожденное стремление найти смысл в полном беспорядке.
Берцелиевский поиск порядка был заразителен.
Ученые начали поиск упорядоченных структур повсюду.
Одним из них был немецкий химик Иоганн Вольфганг Доберейнер.
Он был убежден, что ответ не связан с атомным весом,
а находится среди химических свойств элементов и их взаимодействия.
Доктор Андреа Селла изучил труд Доберейнера
"Деление элементов на химические группы".
Доберейнер действительно обнаружил, что если рассмотреть
все элементы, которые были известны к тому времени,
часто можно было четко выделить три элемента - "триады", как он их называл,
которые были чрезвычайно близко связаны по химическим свойствам.
Для примера у нас здесь есть щелочные металлы.
Возьмём сначала самый легкий из них, литий.
Мы должны хранить их под слоем масла,
потому что они легко реагируют с воздухом и влагой. Итак, начнем с лития.
Положим это.
О, смотрите, шипит, да.
Вы можете видеть, как он шипит. И шипение - это водород,
высвобождающийся легковоспламеняющийся газ.
И в то же самое время он оставляет розовый след.
Мы поместили сюда немного индикатора, который говорит нам,
что остаток - едкий натр.
Он обычно образует щелочные соединения.
Я вдохнул немного каустической соды!
Ну вот, выделилось немного пара,
и эта реакция очень, очень экзотермическая.
Другими словами, температура сильно возрастает,
и металл буквально плавится.
Вторым металлом в этой триаде был натрий.
И когда мы бросим натрий в...
Вы только посмотрите на это! Вспышки света!
Оранжевые искры. И эти оранжевые искры как раз того самого цвета,
какой вы видите у уличных фонарей.
Верно, в уличных фонарях присутствует натрий.
Хорошо, и наконец, третий в нашем списке - калий.
Калий ведет себя очень агрессивно.
И нам, возможно, придётся отступить.
Взгляните на эти вспышки!
Можно увидеть сиреневое пламя.
И можно было явно заметить общие тенденции в этих триадах.
Все они делают в точности одни и те же вещи. Не правда ли? Верно.
Шипение говорит нам о том, что выделяется водород.
Получаем сформировавшуюся щелочь.
Если литий еще относительно безопасен,
то натрий более активен, а от калия становиться просто жутко.
Доберайнер понимал, что эти элементы, должно быть, родственные,
поскольку они реагировали сходным образом.
Здесь был определенный намек на модель.
Но это срабатывало всего лишь для нескольких элементов.
И не вело исследователей дальше того, что уже позволило узнать изучение атомных весов.
Полную панораму вселенского порядка элементов
было все еще слишком трудно разглядеть.
И ничего не менялось вплоть до прорыва, осуществленного
одним из величайших научных умов 19-го столетия.
В 1848 году в Западной Сибири крупный пожар уничтожил фабрику.
Мария Менделеева, в то время управлявшая фабрикой, оказалась на грани нищеты.
Будучи вдовой, она пожертвовала всем
ради сына, смышленого и умного не по годам 14-летнего Дмитрия Менделеева.
Мария верно оценивала интеллектуальные способности сына
и твердо решила уехать, чтобы дать ему образование.
Так, вместе в Дмитрием, она отправилась в путешествие длиной более 2000 километров -
из Сибири в Санкт-Петербург.
Невероятно то, что значительную часть пути они прошли пешком.
Я иду по следам их пешего путешествия в Санкт-Петербург,
в то время бывшего столицей Российской империи.
После трудного путешествия по бескрайним просторам России,
мать и сын наконец прибыли в Санкт-Петербург.
Мария Менделеева сделала то, что хотела,
но напряженное путешествие подорвало её здоровье.
Она умерла десять недель спустя.
Говорят, что ее последние слова, обращенные к сыну, были:
"Избегай иллюзий и ищи божественную и научную истину."
Молодой Менделеев обещал следовать завету матери.
Он учился день и ночь, исполняя материнский наказ,
и стал самым блистательным студентом-химиком среди сверстников.
Химия прошла долгий путь, начав с древнегреческой идеи о четырех элементах:
земле, воздухе, огне и воде.
Но все еще не было установлено никакой последовательности для 63 элементов,
открытых так давно.
Поиск модели завладел вниманием выдающихся научных умов.
Но они не могли договориться, как ее искать.
Менделеев был еще студентом, когда посетил
первую международную химическую конференцию.
Химики со всего мира собрались, чтобы разрешить спор,
который сдерживал решение основной проблемы, а именно - путаницу с атомными весами.
Менделеев был свидетелем, как сицилийский химик Станислао Канниццаро
оказался в центре внимания.
Канниццаро по-прежнему был убежден,
что атомные веса содержали ключ к элементам,
и ему пришла в голову замечательная идея
нового надежного способа их вычисления.
Он знал, что равные объемы газа содержат равное число молекул.
Таким образом, вместо того, чтобы работать с жидкостями и твердыми телами,
его нововведением было использование плотностей газов и пара
для измерения атомных весов единичных атомов.
Канниццаро выступил с речью, представив новое изумительное доказательство,
которое убедило собравшихся химиков.
Так, как работы Берцелиуса никого не убедили,
новый метод Канниццаро стал общепризнанным стандартом.
Наконец, химики получили точный способ измерения атомной массы.
Каждый ждал этого момента.
Зная точно атомную массу,
смогут ли они теперь распутать тайны элементов?
Один химик написал: "Словно пелена спала с моих глаз
и сомнение сменилось мирной ясностью."
Воздух был наполнен настоящим гулом.
Наконец-то, порядок элементов
мог оказаться в руках ученых.
Менделеев был в напряжении.
Но вскоре химики обнаружили, что даже расположенные в порядке возрастания атомного веса
элементы были несистематизированы.
Все еще отсутствовало что-то очень важное.
Тогда, в 1863 году, английский химик-одиночка
по имени Джон Ньюлэндс сделал необычное открытие.
Ньюлэндс заметил, что когда элементы размещены по их массе,
происходит нечто странное.
Представьте себе, каждый элемент - это как клавиша фортепиано,
расположенная согласно своему атомному весу.
Тогда это будет углерод,
за ним азот,
кислород, фтор, натрий, магний, алюминий
и в конце кремний.
Думая о элементах, как о звукоряде,
Ньюлэндс подсчитал, что в каждой октаве, в каждых восьми нотах,
определенные свойства, казалось, повторялись, согласовывались.
Он назвал это "законом октав".
Это было первой настоящей попыткой поиска закона природы,
который собрал бы все известные элементы вместе.
Ньюлэндс с гордостью представил свою идею
великим и достойным умам Химического сообщества в 1866 году.
Это был знаменательный момент.
Но его музыкальная аналогия была не в состоянии "взять аккорд".
Они полностью отказались принять его точку зрения.
Собравшиеся химики сказали, что идея Ньюлэндса абсурдна,
что он с таким же успехом мог выстроить элементы в алфавитном порядке
в соответствии со взглядами, которые дает его теория.
Вероятно, они даже с едким сарказмом предложили
Ньюлендсу взять свои элементы и сыграть песенку.
Должно быть, это было сокрушительным ударом для Ньюлэндса.
Но было ли что-то стоящее в Джоне Ньюлэндсе
с его любопытным законом октав?
Поистине странная идея,
что каждый восьмой элемент будет вести себя сходным образом.
Не удивительно, что люди считали идею Ньюлэндса безумной.
Здесь восемь элементов в порядке возрастания их атомной массы,
и я собираюсь исследовать их свойства по запаху.
Первый элемент - хлор.
Этот желтовато-зеленый газ крайне токсичен.
Если я понюхаю...
Да, характерный запах хлорки.
Второй элемент - калий.
Но он вообще не имеет запаха.
И подобным же образом я проверю запах следующих пяти элементов:
кальция, галлия, германия, мышьяка -
запах которых в их чистом виде не ядовит -
и селена, запаха нет.
Наконец, номер восемь, бром.
Уже вижу - это газ,
похожий на хлор, красноватый, высокотоксичный газ.
Нужно быть очень осторожным,
поэтому я бы не советовал вам проделывать это дома.
Пахнет очень похоже на хлор, только гораздо хуже, резче.
Ну вот, кажется, закон октав Ньюлэндса здесь работает,
поскольку восьмой элемент, бром, похож по свойствам
на первый - хлор.
Сегодня "Закон октав" Ньюлэндса известен как "Периодический закон".
Но в то время влиятельные круги подняли его на смех.
И Ньюлендс никогда не пользовался уважением.
Дорога оставалась открытой для Дмитрия Менделеева,
мыслящего в том же направлении.
Я на пути к Санкт-Петербургскому университету,
чтобы встретиться с человеком, который, надеюсь, покажет мне, где действительно работал Менделеев.
Здравствуйте, профессор Бабаев.
Приветствую, я Джим. Рад встрече с вами. Это очень интересно.
Ладно, итак музей... Прямо сейчас... ну хорошо, ведите.
Профессор Евгений Бабаев - ведущий эксперт по Менделееву,
он изучал его труды в течении многих лет.
Он собирается проводить меня в кабинет Менделеева,
сохранённый в точности таким, каким он был в течение последних лет его жизни.
Это великая честь.
Обычно никому не разрешают входить в рабочий кабинет Менделеева.
Так что, это особая честь - возможность посетить его.
Взгляните на это. Фантастика.
Менделеев уединялся в этой комнате, размышляя над элементами.
Это станет местом рождения
одного из величайших научных открытий, Периодической таблицы.
И мне нравится эта его фотография.
Это фотография 1869 года, того самого года когда... О!
Вот как он выглядел, когда придумал периодическую таблицу.
И это все его собственные книги. Книги, написанные им.
О да, я вижу.
Когда я говорю "его книги", это не означает, что они принадлежали ему.
Здесь книги, которые он написал сам. Тысячи томов.
Это впечатляет.
Да, и если вы посмотрите на эту библиотеку, то будете удивлены,
поскольку примерно 10 процентов книг посвящены химии и физике,
но все остальные - это книги по экономике, технике...
географии... да по всему, чему угодно. Он был эрудированным человеком.
Да, а его вторая жена была художницей,
и здесь один портрет в профиль - точно её работы.
Менделеев обладал такой широтой интеллектуального познания,
что стал известен как русский Леонардо да Винчи.
Эти часы остановились в момент его смерти в 1907 году.
В 1907 году в двадцать минут шестого. Да.
Кажется, время словно остановилось в этой комнате
более чем на столетие.
И сейчас, когда я увидел эту святая святых,
где Менделеев раздумывал над элементами, я хочу знать,
как именно он создал свой шедевр, Периодическую таблицу.
К 1869 году Менделеев уже целых 10 лет
пытался найти закономерность среди элементов.
Он и химики со всего мира независимо друг от друга пытались показать,
что по-прежнему есть элементы, не вошедшие в таблицу.
Универсальная теория казалась недостижимой.
И вот, Менделеев выдвинул новую идею.
Он подготовил колоду карт и на каждой написал элемент
и его атомный вес.
Как бы странно это не звучало,
именно так началась самая памятная карточная игра в истории науки.
Он назвал ее химическим пасьянсом
и начал раскладывать карты, просто чтобы увидеть, если ли там структура,
если расположить их всех вместе.
Итак, ранее химики группировали элементы одним из двух способов:
либо по их свойствам,
по тому, насколько активно они реагируют с водой,
либо располагали их по их атомному весу,
как это делали Берцелиус и Канниццаро.
Выдающийся талант Менделеева состоял в том, чтобы объединить эти два метода вместе.
Обстоятельства складывались не в его пользу.
Было открыто чуть больше половины элементов,
насколько нам это известно,
так что он играл с неполной колодой карт.
Он не спал три дня и три ночи,
всецело размышляя только об этой проблеме.
Затем, 17 февраля,
из-за того, что на улице бушевала метель, он решил остаться дома.
Он был изнурен и наконец задремал.
Говорят, он видел необычный сон.
Он видел почти все 63 известных элемента,
расположенных в общей таблице, которая связывала их вместе.
Это был невероятный прорыв.
Можно себе представить Менделеева, испытывающего тоже самое , что и многие другие первопроходцы науки.
Этакая решительность, даже отчаянность, чтобы разгадать головоломку,
а затем - эврика!... Момент откровения.
Менделеев открыл глубокую истину о природе нашего мира,
которая заключена в числовой модели, лежащей в основе структуры материи.
Это - Периодическая таблица,
какой мы ее сегодня знаем,
и она основана
на открытии Менделеева.
Она расшифровывает и придает смысл строительным кирпичикам всего мира.
Хотя сегодня она так привычна для нас
и висит на стене каждой химической лаборатории в любой школе мира,
вы только посмотрите, насколько она действительно впечатляет.
Самое поразительное в том, что она раскрывает взаимосвязи
между любыми без исключения элементами в системе.
Менделеев блестяще соединил атомный вес элемента
и его свойства
в единое универсальное наглядное представление всех элементов.
По горизонтали
постепенно с каждым элементом увеличивается атомный вес.
В тоже время по вертикали
элементы группируются вместе в семейства со сходными свойствами.
Итак, с этой стороны щелочные металлы, от лития до цезия.
А с противоположной стороны - галогены,
такие как ядовитый хлор, бром и йод, все они крайне химически активны.
И неподалеку от них, на самом верху - такие важные для жизни элементы,
как углерод, азот, кислород, все неметаллы.
Но в самой середине широкая полоса -
это перечень всех металлов,
и металлов здесь в четыре раза больше, чем неметаллов.
Все упорядочено.
Это - химический ландшафт
и превосходная карта расположения элементов.
Интересно то, что Периодическая таблица не всегда выглядела так.
Профессору Бабаеву не терпится показать мне копию
самой первой рукописи Менделеева.
Итак, это первый набросок его Периодической таблицы.
Можно разглядеть точную дату - 17 февраля 1869 года. И это его почерк.
Можно увидеть исправления и проследить за ходом его мысли.
Здесь несколько хорошо знакомых элементов.
Я вижу водород, самый легкий элемент, и в самом конце - свинец.
Да, да. Сейчас можно увидеть несколько знакомых групп,
таких как щелочные металлы, галогены.
Здесь литий, натрий, калий.
Она не похожа на ту Периодическую таблицу, которая была бы мне знакома,
все наоборот.
Менделееву понадобилось около двух лет,
чтобы привести ее к современному виду.
Но удивительно то, что это - самые основы
современной Периодической таблицы. Её начало здесь.
Первый набросок Менделеева не был совершенен.
Чтобы заставить свою таблицу работать, он должен был сделать что-то невероятное.
Нужно было оставить место для пока еще не открытых элементов.
Вот копия первого опубликованного черновика Периодической таблицы,
и эти вопросительные знаки как раз в тех местах, где Менделеев оставил пропуски.
Видите ли, он был так уверен в своей модели,
что вряд ли стал бы "подгонять" результаты.
Поэтому там, где модель не работала,
он оставил пространство для элементов, которые еще предстояло открыть.
Так, например, этот вопросительный знак,
как он предсказывал, означал, что здесь находится металл слегка тяжелее, чем его сосед - кальций.
А вот здесь - еще два металла.
Один, по его предсказанию, будет темно-серого цвета,
а другой - с низкой температурой плавления.
Менделеев осмелился предположить,
что со временем окажется прав.
Это как, если бы Менделеев был пророком в химии,
который определил будущее, мудро предсказав
законы материи.
Но прежде, чем он мог рассчитывать на признание, его "пустые места" требовали объяснения.
И вот, в 1859 году, был найден новый метод обнаружения элементов.
Это произошло благодаря Густаву Кирхгофу и его коллеге,
человеку, который придумал бунзеновскую горелку
Роберт Бунзен был поразительно смелым экспериментатором.
Какая это была преданность делу?
Он потерял правый глаз в результате взрыва в своей лаборатории.
Теперь он знал, что когда различные элементы сгорают в пламени
его бунзеновской горелки,
можно наблюдать удивительные цвета. Это медь.
А здесь - стронций.
А это калий.
Бунзена интересовало, мог ли каждый элемент
иметь свою уникальную цветную подпись,
и поэтому он и Кирхгоф взялись за работу.
Кирхгоф знал, что когда белый свет проходит сквозь призму,
он расщепляется на все цвета спектра...
на все цвета радуги:
от красного и желтого - к синему и фиолетовому.
И он решил это использовать.
Это называют спектроскопом.
В середине находилась призма
с двумя оптическими трубками с обеих сторон.
В то время Бунзен и Кирхгоф работали вместе,
анализируя различные материалы с помощью их оборудования нового образца.
Итак, они взяли соединение, содержащее натрий.
И если я нагрею его в пламени бунзеновской горелки,
свет пламени натрия проходит сквозь первую оптическую трубку
и разлагается призмой на характерные спектральные линии,
которые затем проходят сквозь вторую оптическую трубку. И если я посмотрю...
Точно! Можно увидеть две оранжевые линии,
которые характерны для спектра натрия.
Ни один другой элемент не дает такую структуру.
Используя этот метод, они открыли два новых элемента,
серебристо-желтый цезий и рубидий,
названный так из-за своего рубиново-красного спектра.
Этот же метод использовали для проверки
правильности пропусков, предсказанных Менделеевым.
Он с методичной подробностью описал
неизвестный элемент, расположенный после алюминия в его Периодической таблице.
Он предсказал, что это будет серебристый металл с атомным весом, равным 68.
Затем в 1875 году один французский химик воспользовался спектроскопом,
чтобы выявить такой элемент
как галлий.
Галлий - красивый, серебристо-белый, относительно мягкий металл.
Несмотря на то, что именно Менделеев предсказал его существование,
фактически открыл его
парижский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран.
Температура плавления галлия - очень низкая.
И наряду с температурой кипения в 2204 °C,
он жидкий в более широком диапазоне температур,
чем любое другое известное вещество.
Галлий используется для изготовления полупроводников.
И в создании светоизлучающих диодов, СД (LED).
Одно из соединений галлия было признано действенным
в борьбе против видов малярии, устойчивых к медикаментам.
Однако, несмотря на то, что Менделеев оставил место для галлия и других элементов,
его таблица не была полной.
Была одна группа, которая целиком ускользнула от него,
совершенно новое семейство элементов.
История их открытия началась с загадочного поиска
внеземного элемента.
В августе 1868 года в Индии произошло полное солнечное затмение,
которого давно ждал французский астроном Пьер Жансен.
Зная, что при использовании спектроскопа,
он, возможно, определит некоторые элементы в свете солнца.
Но из-за интенсивности солнечного света многие элементы оставались скрыты.
Жансен надеялся увидеть больше во время полного солнечного затмения,
когда солнце слепило меньше.
Пока Жансен изучал затмение,
он обнаружил цветовую подпись, которую никогда не видел.
Он столкнулся с неизвестным элементом.
Другим астрономом, подтвердившим эту спектральную линию,
был Норман Локьер.
Он назвал его гелием, в честь греческого бога солнца,
поскольку считал, что тот может существовать только на солнце.
Входит шотландский химик Уильям Рамзай,
который буквально соединил с Землей внеземной гелий.
Рамзай экспериментировал с радиоактивным минералом под названием клевеит.
Разлагая этот минерал в кислоте,
он получил гелий, газ с атомным весом 4
и с той же спектральной подписью, которую обнаружил Локьер.
Гелий - второй по распространенности элемент во вселенной,
после водорода.
Он был одним из элементов, образовавшихся сразу после Большого взрыва.
Жидкий гелий используют в охлажденных сверхпроводящих магнитах
магнитно-резонансных сканеров (MRI).
Водолазы, работающие на больших глубинах, считают гелий противонаркотическим средством
для мозга при возрастающем уровне концентрации азота.
Кроме того, он был жизненно важным компонентом космической гонки
и использовался для охлаждения водорода и кислорода в ракетных двигателях.
Уильям Рамзай прежде, чем открыть гелий на Земле,
ранее уже выделил из воздуха новый газ - аргон,
атомный вес которого 40.
Теперь Рамзай был в затруднении.
Он понимал, что этот новый элемент не соответствовал Периодической таблице
и предположил, что здесь должна быть еще одна группа,
так и начались её поиски.
Он обнаружил еще три газа, которые назвал неон, что по-гречески означает "новый",
криптон, что значит "скрытый", и ксенон - "странный".
Группа стала известна как благородные газы,
поскольку они не вступали в реакции и казались не активными.
Это семейство газов заняло последний ряд в Периодической таблице.
Таким образом, Менделеев мог и не знать об этих скрытых элементах,
однако им был установлен фундаментальный закон основных взаимодействий.
Так что он был уверен в том, что в его таблице найдется место
для каждого нового элемента, невзирая на то, когда он был или будет открыт.
Периодическая таблица - это классический пример
научного метода в действии.
Основываясь на данных о массе, Менделеев придумал систему.
Это позволило ему сделать ряд предположений, которые можно было проверить впоследствии
с помощью экспериментов,
указывая ученым 20-го столетия способ,
как доказать их правильность, а также верность его теории.
Когда он умер, ему было 72 года,
он был национальным героем в России и супергероем в мире науки.
Здесь, в центре Санкт-Петербурга,
его Периодическая таблица была увековечена в камне,
и со временем появился элемент, названный в честь него - Менделеевий,
также, как и кратер - кратер Менделеева
на темной стороне Луны...
Так было высказано уважение к человеку, пришедшему с просторов Сибири,
чтобы в конечном счете стать картографом элементов.
Периодическая таблица наконец-то навела порядок среди хаоса.
Но она ничего не говорит нам о том, ПОЧЕМУ наш мир таков, каков он есть,
почему некоторые элементы активны,
а другие - нет, некоторые инертны, а другие изменчивы.
Потребуется еще 40 лет,
прежде чем совсем другая ветвь науки приблизится к ответу.
В 1909 году Эрнест Резерфорд в первый раз заглянул внутрь атома.
Резерфорд предположил, что структура атома
подобна миниатюрной Солнечной системе,
большая часть которой - пустое пространство с несколькими крошечными электронами,
которые движутся по случайной орбите вокруг плотного, положительно заряженного ядра.
Но этого не произошло, пока не появился Нильс Бор, который одновременно был вратарем
датской футбольной команды и физиком - будущим лауреатом Нобелевской премии,
так что можно сказать, что "игра началась".
Он предположил, что электроны движутся вокруг ядра
по стационарным орбитам.
Именно эта идея привела к открытию того, что эти орбиты
могли разместить только определенное количество электронов.
Представьте себе, что этот футбольный мяч - это атом, один атом элемента.
Это ядро.
В таком масштабе мои ближайшие орбитальные электроны
были бы далеко от мест на трибуне, так что я уменьшу масштаб.
Здесь, на ближайшей к ядру орбите,
может быть только два электрона, тогда она будет заполнена.
Здесь, на второй орбите,
может быть восемь электронов, и тогда она тоже будет полностью занята.
Третьей орбите вполне достаточно восемнадцати электронов. И так далее.
Удаленные орбиты могут содержать все возрастающее число электронов.
Таким образом, электроны находятся на дискретных орбитах, но никак не между ними.
Теория Бора объясняла, ПОЧЕМУ элементы ведут себя именно так.
Оказывается, это все это связано с числом электронов
на внешней орбите.
Так, например, модель Бора показала, что натрий имеет 11 электронов -
два здесь, восемь здесь и только один на внешней орбите.
У фтора их девять - два здесь и семь на внешней орбите.
Чтобы быть полностью стабильными,
у атомов, вероятно, должна быть полностью заполнена внешняя орбита.
Следовательно, атом натрия стремится избавиться от электрона,
чтобы заполнить внешнюю орбиту,
тогда как атом фтора имеет вакантное место на своей внешней орбите,
поэтому получив электрон, она будет заполнена.
Таким образом, обменявшись электроном, атом натрия и атом фтора
образуют фтористый натрий.
Работы Бора и многих других ученых
начала 20-го века
помогли объяснить каждый элемент и каждое соединение,
почему одни элементы реагируют друг с другом, образуя соединения,
а другие - нет,
почему элементы имели именно такие свойства,
и это в конце-концов
объяснило, почему сама Периодическая таблица выглядела именно так.
Менделеев смог найти универсальную модель
даже без понимания, почему она должна выглядеть таким образом.
Чтобы найти ответ, физикам следовало тщательно изучить субатомный мир,
о существовании которого Менделеев даже не подозревал.
Эта работа была настоящим триумфом.
Она впечатлила даже Альберта Эйнштейна.
Он писал: "Это наивысшая музыкальность
в области мысли".
Но все еще оставался один фундаментальный вопрос, нуждавшийся в ответе.
Сколько же всего существует элементов?
Быть может, их бесконечное множество между водородом,
с самым легким атомным весом,
и ураном - самым тяжелым из известных элементов?
Это и решил выяснить в начале двадцатого века
выдающийся молодой английский физик, Генри Мозли.
Он предположил, что секрет лежит внутри ядра -
в сердце каждого атома.
Мозли разработал уникальный способ изучения атомов.
Ученые до сих пор пользуются подобным методом,
хотя этот рентгеновский спектрометр
немного отличается от того оборудования, которое использовал Мозли.
Одним из элементов, который он изучал, была медь.
Там внутри находится небольшой кусочек меди.
За ним расположен источник радиоактивности,
который посылает атомам меди излучение с высоким уровнем энергии.
Мозли знал, что ядро атома
содержит положительно заряженные частицы, которые мы называем протонами.
Также он знал, что вокруг ядра
есть отрицательно заряженные электроны.
И вот, радиоактивное излучение, направленное на медь,
выбивает часть электронов из атомов,
и вследствие этого
атомы испускают мощный поток энергии, рентгеновские лучи.
И Мозли нашел способ его измерить.
Он сделал поразительное открытие.
Он определил, что атомы меди всегда испускают одно и тоже количество энергии.
На этом графике это выглядит как характерный пик.
И не важно, сколько раз я повторяю этот эксперимент,
этот пик будет всегда в одном и том же месте.
Это характерно для меди.
Мозли проделывал тоже самое и с другими элементами.
И там внутри этот образец, а здесь несколько других.
Так если я заменю один образец на другой,
например на рубидий, и проделаю это снова,
Я получу еще один пик, но уже в другом месте.
И если я снова заменю его на другой, например на молибден,
то увижу третий пик и опять в новом месте.
У каждого элемента есть своя собственная энергетическая подпись.
Но его успех был в понимании того,
как это связано с числом протонов.
Он был первым человеком, который соотнес количество протонов
в ядре элемента и атомный номер.
Атомные номера - это целые числа,
в отличие от атомной массы,
среди них не может быть неудобных дробей.
К примеру, хлор имеет атомный вес,
который выглядит в виде неудобной дроби 35,5,
но целый атомный номер, 17.
Вот как Мозли понял, что именно атомный номер,
а не атомный вес,
определяет положение в списке элементов.
И это разумно.
Так как атомный номер увеличивается на целые числа,
то не могло быть никаких дополнительных элементов
между элементом с номером один, водородом,
и номером 92, ураном.
Могло быть ровно 92 элемента. Там просто нет больше места.
Итак, Генри Мозли заложил основы, которые позволяют нам
с абсолютной уверенностью утверждать, что между водородом и ураном
ровно 92 элемента.
Мозли было всего 26 лет, когда он завершил свои исследования,
но дальнейшая судьба этого гения весьма трагична.
В начале Первой мировой войны он поступил в армию добровольцем,
хотя как ученый, мог и вовсе избежать призыва.
В возрасте 27-и лет, он был убит в бою снайперским выстрелом в голову.
Его коллега написал: "В свете того, что он мог бы еще сделать,
его смерть вполне могла быть самой дорогостоящей смертью
на войне для всего человечества."
Периодическая таблица - замечательный союз химии и физики.
Менделеев и химики работали с внешней стороны,
с химическими свойствами каждого элемента,
а физики - с внутренней,
с невидимым миром атома.
И все они пришли к одной и той же точке.
Универсальная модель естественного мира в конце-концов была объяснена
строгой системой, красотой мысли.
Так эпоха, которая началась
учеными, идущими на ощупь, чтобы понять
основные строительные блоки нашего мира,
закончилась тем, что мир полностью систематизировали
и сделали понятным для всех.
И мы никогда не оглядывались назад.
В следующий раз я последую по стопам химиков,
которые кропотливо работали над тем, чтобы управлять элементами,
комбинировать их в миллиарды соединений,
из которых состоит современный мир...
Я узнаю, как современные алхимики
готовятся к решительному броску на самые дальние форпосты
Периодической таблицы, чтобы создать совершенно новые элементы,
и выясню, как использовать мощь элементов
чтобы высвободить невероятные силы.
Тайминг MVGroup.org Перевод Truetranslate.tv Редакторы Irina73, kodev, IamCrazy, memento, Betelgeuse_990, Torry, cepylka
Переведено на сайте www.notabenoid.com Переводчики: Betelgeuse_990, IamCrazy, memento, AIR_cb, cepylka, Irina73, Slepi4, RostnRoll, StanislavX