В советское время у преподавателей химии бытовал шуточный вопрос: «Что находится в правом верхнем углу таблицы Менделеева?», на который ответ был «Портрет самого Дмитрия Ивановича».
Обычай вставлять портрет Менделеева в периодическую систему, так же, как и требование называть эту систему «Таблицей Менделеева» появилось в конце 1940-х – в начале 1950-х годов, когда советские идеологи занялись борьбой за приоритеты русской науки. Многие из открытых в процессе этой борьбы русских приоритетов вызывали оторопь и недоверие, а затем и смех. Но открытие Д. И. Менделеева в идеологически выверенной защите не нуждалось. Закон периодического изменения свойств химических элементов, открытый русским учёным, признавался всеми во всём мире.
За что мы ценим Дмитрия Ивановича Менделеева?
Периодическая таблица была опубликована Д. И. Менделеевым в 1869 году. К этому времени химики открыли всего 63 элемента. Самое главное, в этом множестве элементов учёные не могли навести хоть какой-нибудь порядок.
Хотя нам более известна таблица Менделеева, но главное открытие Менделеева – это периодический закон, который сам учёный сформулировал так:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Таблица Менделеева является графическим выражением периодического закона. Каждая клетка таблицы отображает один элемент. Для каждого элемента указывается его символ, название, порядковый номер и значение относительной атомной массы. Строки таблицы называются периодами, а колонки – группами.
Таблица Менделеева позволяет узнать сравнительные свойства составляющих её элементов. Оказывается, свойства элементов в каждой группе сходны. Например, натрий похож на калий, а хлор – на фтор.
В каждой группе сверху вниз усиливаются металлические свойства элементов, например, проводимость. Так, в одной группе находятся медь, серебро и золото. Именно в таком порядке они располагаются друг под другом сверху вниз. Соответственно, медь имеет меньшую проводимость, чем серебро, а проводимость золота выше проводимости серебра.
Кроме того, в каждой группе сверху вниз возрастают масса и плотность элементов, а также усиливается их реакционная способность. Например, в группе I располагаются щелочные металлы, самый лёгкий из которых, литий, на воздухе не окисляется, а самый тяжёлый, рубидий, хранят в керосине, потому что иначе этот элемент начинает настолько активно взаимодействовать с кислородом воздуха, что вспыхивает и горит.
В каждом периоде соседние элементы тоже имеют сходные свойства. Например, сходны между собой осмий, иридий и платина. А редкоземельные элементы лантаноиды настолько мало различаются по химическим свойствам, что их открытие потребовало десятилетий сложных экспериментов. С увеличением порядкового номера элементы одного периода хуже образовывают соединения. Каждый период начинается с очень активного щелочного элемента, а заканчивается инертным газом, который при нормальных условиях не образует соединения ни с какими элементами. При этом металлические свойства элементов убывают, а неметаллические возрастают. Это значит, что по мере увеличения порядкового номера элементы хуже проводят электрический ток.
Открытие периодического закона позволило Менделееву предсказать ещё не открытые элементы и исправить некоторые плохо определённые свойства уже открытых. Тем самым была доказана предсказательная сила открытого им закона. Последующие исследования показали, что периодический закон отражает базисную связь между строением атома и химическими свойствами элементов, связывая таким образом физику и химию.
Только таблица?
Таблица – самое простое графическое представление периодического закона, но не единственное возможное. Собственно, и сама форма таблицы Менделеева изменяется в зависимости от того, на какие свойства элементов преподаватели стремятся обратить внимание учащихся.
Чаще всего сейчас можно встретить короткую и длинную формы таблицы. В российских учебниках химии, по которым я учился 50 лет назад, встречалась короткая таблица, составленная ещё Дмитрием Ивановичем. Короткая таблица состояла из 8 групп, нумеровавшихся римскими цифрами. Каждой группе соответствовало определённое значение такого чисто химического параметра, как валентность. Правда в каждой группе имелись подгруппы А и Б, что отражалось смещением символа элемента от середины клетки таблицы влево или вправо. Например, в первую группу входили щелочные металлы и совершенно от них отличающиеся медь, серебро и золото. Поэтому щелочные металлы помещают в подгруппу I А, а медь, серебро и золото – в подгруппу I Б. 15 элементов лантаноидов (от лантана и до лютеция) условно помещались в одну клетку, вслед за барием. Точно также 15 элементов актиноидов (от актиния до лоуренсия), словно в коммунальную квартиру, заселялись в одну клетку, следующую за радием. Элементы с номерами выше 104 ещё не были открыты. Но упомянутый в начале портрет Дмитрия Ивановича в правом верхнем углу таблицы был, это точно.
Короткая форма таблицы всё ещё употребляется в школьных учебниках, хотя в 1989 году химики всего мира перешли на длинную форму. Эта форма состоит из 18 групп, обозначенных не римскими цифрами, а арабскими. Теперь у каждого элемента своя группа, и символ не надо смещать относительно середины. Соответственно, нет уже никаких подгрупп и, тем более, мифических триад. Таблица Менделеева стала более логичной и лучше отражает физическую сущность, изменение электронной конфигурации атомов, которая как раз и определяет химические свойства элементов. Для компактности лантаноиды и актиноиды по-прежнему выделяют в виде отдельных строчек в низу таблицы.
Иногда, когда хотят подчеркнуть, что периодичность в таблице Менделеева является следствием заполнения атомных орбиталей, таблицу в длинной форме записывают слева направо. Таблица при этом становится непомерно длинной, зато электронная конфигурация атомов проявляется со всей очевидностью. Вообще, как оказалось, в каждую клетку стóит кроме атомной массы элемента добавлять ещё и электронную конфигурацию атомов. Именно так и делают почти во всех современных изданиях периодической таблицы.
В более экзотических представлениях таблицы Менделеева собственно прямоугольная таблица исчезает, превращаясь в спиральную структуру, разворачивающуюся на плоскости. Раскручиваясь, эта спираль создаёт своеобразные острова, соответствующие переходным металлам, лантаноидам и актиноидам. Впрочем, серьёзных преимуществ в понимании химии такая экзотика не даёт. Гораздо больше пользы от интерактивных таблиц Менделеева, которые легко отыскать в Интернете. Не меняя привычного формата таблицы, они аккумулируют множество дополнительной и полезной информации, которая изливается на пользователя буквально в один клик.
Больше – лучше?
Таблица Менделеева – основа и символ химии. Поэтому 2019 год, когда открытию Менделеевым периодического закона исполнилось 150 лет, Генеральная ассамблея ООН объявила Международным годом Периодической таблицы химических элементов. Как известно, ребята из ООН – большие затейники по придумыванию различных международных празднеств.
Впрочем, и сами же химики не прочь сделать символ своей науки более видимым для человечества.
В 1932 году в Ленинграде на Московском проспекте поставили памятник Д. И. Менделееву. Памятник находится в сквере Института метрологии, бывшей Главной палаты мер и весов, которой когда-то руководил Менделеев. Скульптор И. Я. Гинцбург изобразил великого химика, сидящего в кресле среди разных умных книг и даже с сигаретой в руке!
Но скульптура была только одной частью памятника. Второй частью стала мозаичная периодическая таблица, как она была изображена в последнем прижизненном издании книги «Основы химии», главного труда Дмитрия Ивановича. Таблица размещалась на ближайшей к памятнику стене, так что Дмитрий Иванович как бы удовлетворённо рассматривал свою работу. Размер таблицы был 69 квадратных метров, а высота – 9 метров. Она была завершена в 1935 году. При этом элементы, которые были открыты при жизни великого химика, обозначены в мозаике красным цветом. А вот элементы, открытые после кончины Менделеева с 1907 по 1934 годы, мозаичники выложили синим цветом.
До 2017 года эта таблица Менделеева была самым большим памятником открытию великого русского учёного. Но в 2017 году пальму первенства завоевала таблица, установленная на стенах химического факультета университета Мурсии в Испании. Таблица-чемпион представляет собой инсталляцию общей площадью 150 квадратных метра. Инсталляция состоит из 118 металлических пластин квадратной формы с размером каждого квадрата 75×75 см.
Вообще идея использовать таблицу Менделеева для украшения каких-либо архитектурных объектов, связанных с химией, носилась в воздухе. Ещё в 1963 году стена студенческого общежития химического факультета Варшавского технологического университета была украшена большой таблицей химических элементов и мозаикой, изображавшей молекулу. В ходе одной из реконструкций мозаика исчезла, но таблица размером в 246 квадратных метров осталась до сих пор. Из-за большего размера она могла бы считаться чемпионом среди подобного рода украшений, но эта таблица неполная. Она заканчивается на радии, возможно потому что в открытии этого элемента принимала участие уроженка Польши Мария Склодовская-Кюри, а может быть, пространства каменной стены на продолжение таблицы не хватило. В любом случае, про эту громадную периодическую таблицу почти не вспоминают.
Но уже в 2019 году рекорд был побит химическим факультетом университета имени Эдит Коуэн в австралийском городе Перт. Здесь построили таблицу площадью 662 квадратных метра. Вчетверо больше размера таблицы Менделеева в Мурсии! Гигантской таблицей стало само здание химического факультета. Символы химических элементов были нанесены на окна. Теперь у стёкол химического факультета двойная задача. Во-первых, они затеняют от солнечного света внутренние помещения факультета. А во-вторых, для людей, находящихся снаружи, они демонстрируют, что здесь изучают химию.
Почти одновременно такой же фокус с корпусом химического факультета университета в Мехико повторили тамошние дизайнеры. Они прикрепили с внутренней стороны окон пластиковые разноцветные листы, изображающие элементы таблицы Менделеева. Получилось нарядно и не дорого.
Вспомним ещё про подмосковный наукоград Дубну. В этом городе находится Объединенный институт ядерных исследований, в котором были открыты 6 трансурановых элементов таблицы Менделеева. И вот в июле 2021 года городские власти решили отметить вклад своего города во всемирную науку и в открытие новых элементов. Для этого на стене городского плавательного бассейна «Архимед» открыли панно, представляющее периодическую таблицу. Площадь панно составила более 284 квадратных метров. Таким образом, рекорд химического факультета университета Мурсии был перекрыт. Теперь самая большая таблица Менделеева в Европе находится в России, в Дубне.
Плавательный бассейн построен на набережной Волги. Пассажиры теплоходов, проплывающих мимо, любуются всеми 118 элементами таблицы Менделеева, открытыми на данный момент. В том числе оганесоном, названным в честь академика Юрия Цолаковича Оганесяна.
Дубна находится на Волге, на Иваньковском водохранилище. Отсюда начинается канал имени Москвы, водный путь до Северного речного вокзала столицы длиной 128 километра. Этот канал строили 5 лет и строили его сотни тысяч заключённых, которых зачем-то назвали «каналармейцами». В лучших традициях того героического времени вдоль трассы канала имеются десятки, если не сотни, безымянных кладбищ с массовыми захоронениями этих самых каналармейцев. И, опять же в лучших традициях того времени, на входе в канал, у первого шлюза, были поставлены две статуи двух великих вождей. Величие вождей определялось размером каменных фигур, 37 метров с постаментом. Естественно, что после открытия навигации по каналу, эти каменные истуканы мгновенно стали главной достопримечательностью. Их даже в весёлой комедии «Волга-Волга» показали. Правда, в 1962 году памятник Сталину на левом берегу канала снесли, остался только каменный постамент высотой в 12 метров. Да и памятник Ленину, что до сих пор стоит на правом берегу канала, по современным канонам красоты выглядит не столько вдохновляюще, сколько устрашающе. Та ещё достопримечательность! Разноцветная таблица Менделеева, к тому же самая большая в Европе, радует глаз гораздо больше.
