Рассказ о строении вещества

Вот, например, какой средний химический состав имеет человек: кислорода — 65 процентов; углерода— 18,2 процента; водорода — 10 процентов; азота — 2,7 процента; кальция — 1,4 процента; фосфора — 0,8 процента; калия — 0,3 процента; натрия — 0,3 процента; хлора — 0,25 процента; серы — 0,2 процента; магния и железа — несколько сотых процента; цинка и кремния — несколько тысячных долей процента; алюминия, брома, меди, фтора, иода, марганца — несколько десятитысячных долей процента; мышьяка, бора, свинца и титана — по нескольку стотысячных долей процента.

Вот и всё, из чего состоит человек! Но ведь из этих же самых химических элементов построены и многие другие, повсеместно встречающиеся тела неживой природы!

Когда это было установлено, защитники особой «жизненной силы» стали говорить, что в живых существах, хотя и из тех же материалов, строятся с помощью этой «силы» такие сложные вещества, построить которые искусственно невозможно.

Но и это, последнее утверждение было опровергнуто наукой. В 1828 году удалось получить мочевину — соединение, которое до того времени вырабатывалось только в живых организмах. В 1842 году крупнейший русский химик Н. Н. Зинин создал искусственно основу красителей — анилин, вещество, которое раньше получали только из естественного красителя — индиго. Теперь из анилина получают краски, лекарства и многое другое, что раньше получали из растений. Химическая реакция, при помощи которой русский учёный получил искусственно анилин, дала в руки химиков способ получения многих других веществ «живого происхождения». С тех пор химики научились изготовлять искусственным путём многие соединения живой природы. Более того, теперь человек умеет даже получать много и таких органических веществ, которые не обнаружены в природе.

Единство живого и неживого мира было доказано. Все тела природы состоят из немногочисленных элементов; а так как каждое простое вещество построено из атомов и молекул, то и все мы и все окружающие нас тела построены, состоят в конечном счёте из мельчайших частичек — атомов и молекул, различных по размерам и весу. Существует столько «сортов» атомов, сколько имеется в мире химических элементов.

Но сколько в мире химических элементов? Естественно-научные основы для решения этого вопроса дал великий русский химик Дмитрий Иванович Менделеев.

V. ВЕЛИКОЕ ОТКРЫТИЕ РУССКОГО ХИМИКА

1. История открытия

В 1871 году в III томе «Журнала Русского физико-химического общества» появилась статья, в которой были даны подробные характеристики нескольких ещё никем не виданных элементов. Автор статьи предсказывал, какие еще должны быть открыты химические элементы, подробно описывал их свойства.

Что это было? Неосторожные высказывания какого-то химика, пытающегося на счастье угадать будущее? Нет, это было обоснованное научное предвидение крупного учёного. Это означало конец той неизвестности, той случайности, которые существовали до сих пор в науке об основных веществах мира.

В конце XVII и начале XVIII века было известно около 15 веществ, которые считались неразложимыми. Наступает вторая половина XVIII столетия, и учёные устанавливают, что число химических элементов значительно больше 15. К этому времени учёные открывают один за другим несколько ранее не известных газов, в том числе азот, водород, кислород, убеждаются в том, что сера и фосфор — это простые, неразложимые вещества, и т. д.

В конце этого же столетия был составлен первый наиболее полный для того времени список всех химических элементов. В этом списке уже 35 различных названий. Правда, лишь 23 из них — действительно химические элементы. Остальные 12 — это или несуществующие, невещественные элементы — теплород и другие, либо сложные вещества, такие, как едкий натр и едкий калий.

Но и этот список продолжает расти. С начала XIX столетия открытия новых химических элементов начинают происходить ещё более часто.

Теперь уже почти не проходит года-двух без того, чтобы кто-нибудь из химиков не открывал новый вид атома, новое химически не разложимое вещество.

«Охота» за новыми химическими элементами становится основным занятием многих крупных учёных-химиков.

Вместе с этим идёт изучение свойств вновь открытых элементов, определение их атомных весов.

Устанавливаются единые для всех стран химические обозначения — значки химических элементов. Каждый химический элемент получает свой значок, состоящий из начальной или начальной и одной из последующих букв его латинского названия. Так, углерод отныне отмечается буквой С, водород — Н, сера — S, ртуть — Нg и т. д.

А число «начал» мира растёт и растёт!

К 50-м годам прошлого столетия в химических руководствах описывалось уже свыше 50 различных неразложимых веществ.

И тогда новые сомнения начали одолевать учёных. Всё новые и новые элементы присоединяются к ранее открытым. И таким открытиям не видно конца. Не означает ли это, что различных сортов атомов в природе может быть почти так же много, как и самих тел?

Правда, узнавая состав сложных тел, химики видят, что большинство веществ состоит из небольшого числа элементов. Так, им уже известно, что в состав десятков тысяч веществ органического, «живого» происхождения входит всего-навсего каких-либо 6–8 простых веществ — углерод, водород, азот, кислород и некоторые другие.

Анализ наиболее распространённых на Земле минералов говорит о том же: и здесь чаще всего встречаются одни и те же немногие элементы — железо, кремний, кислород, алюминий, магний, кальций.

Однако поскольку всё время открывались, пусть редкие, но новые элементы, вопрос о числе элементов для химиков прошлого века не терял своей остроты.

И всё это усугублялось ещё одним обстоятельством. Открытия новых элементов были совершенно случайными. Учёные работали вслепую. Никто не знал, где мог оказаться новый элемент, каковы должны быть его свойства.

Действительно, так, например, был открыт новый элемент иод. Изучая золу морских водорослей, химик прибавил к ней однажды большее количество серной кислоты, чем обычно. И вдруг над раствором показались пары фиолетового цвета. Это оказался иод.

Так же случайно были впервые обнаружены бром, кадмий и другие элементы.

Всё было случайно!

А число элементов увеличивалось.

Где же был конец этим случайностям? Где тот закон, которому подчиняются сами атомы?

Ответ пришёл из России.

В марте 1869 года на заседании Русского физико-химического общества было зачитано замечательное сообщение молодого, но уже известного к тому времени химика Д. И. Менделеева. В своём сообщении Менделеев писал, что им создана естественная система всех химических элементов. На основе этой системы автор смело предсказывал также свойства новых, еще не известных ни одному человеку, простых веществ мира.

Помещённая через два года в журнале Русского физико-химического общества статья Менделеева уже более подробно излагала основы великого открытия. Статья называлась «Естественная система элементов и применение её к указанию свойств неоткрытых элементов». В ней Д. И. Менделеев писал:

«Свойства простых тел (элементов), а также формы и свойства соединений их находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов».

Таким образом, Менделеев открыл давно искомое родство химических элементов, установил связь между разрозненными отдельными элементами мира, единство основных веществ мира, единство материи. Это было открытие нового великого закона природы, закона, которому подчинялись атомы всех элементов.

Дмитрий Иванович Менделеев родился в 1834 году в семье директора Тобольской мужской гимназии. Получив высшее образование в Петербургском педагогическом институте, Дмитрий Иванович очень быстро становится известным учёным. Двадцати двух лет он защищает диссертацию на степень магистра химии. В 1865 году, на тридцать втором году жизни, Менделеев получает учёную степень доктора наук.