Поставив ясную цель, ученый шел к ней трудными путями науки, — множество опытов, составление карточек на все известные простейшие вещества (или, как их назвали, «элементы»), точное описание свойств каждого из них.
И вот, среди дремучего леса фактов появился просвет. Ученый обнаружил, что химические свойства каждого элемента определяются прежде всего его атомным весом. Дальше просвет всё расширялся и расширялся. Элементы были выписаны на листе бумаги в порядке возрастания их атомных весов, и открылось новое, поразительное явление: элементы с похожими химическими свойствами повторялись через определенный период. Так, первым в ряду элементов стоял водород — самый легкий, с атомным весом 1. Затем Менделеев ставил металл литий с атомным весом 7. Дальше шли бериллий, бор, углерод, азот, кислород, фтор и натрий — по всё возрастающим атомным весам. По своим свойствам похожим на литий оказывался только натрий. Между литием и натрием стояло шесть непохожих элементов. Зато похожим на металл бериллий, что следовал за литием, оказывался металл магний, который стоял за натрием. То есть от лития до натрия шел один период, состоящий из элементов с разными свойствами, а от натрия и дальше пошел второй период, где снова чередовались элементы, похожие по свойствам на элементы первого периода.
И вот, открыв закон периодического повторения свойств элементов, Менделеев построил строгую, систематическую таблицу расположения всех известных науке химических элементов.
В 1869 году первый вариант такой таблицы ученый отпечатал и разослал химикам разных стран.
Закон, которому подчиняются химические явления, был открыт.
«Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости (то есть правильно повторяются) от их атомного веса…», — писал Менделеев.
Атомный вес, строение атома — вот где основа закономерностей.
Таблица, построенная великим ученым, оказалась той основой, на которой быстро и уверенно стала развиваться наука об атоме.
Самое первое и самое удивительное доказательство колоссальной значимости своего открытия Менделеев явил научному миру тогда, когда смог на основе своей таблицы предсказать свойства еще не найденных к тому времени в природе элементов.
…Молодой французский химик Лекок де Буабодран в 1875 году нашел в цинковой руде Пиренейских гор новый, неизвестный еще в науке, химический элемент. Буабодран назвал этот элемент «галлием» — в честь своей родины Франции, которая в древности именовалась Галлией. Коротенькое сообщение Буабодрана в «Докладах» Парижской Академии наук обратило на себя внимание химиков всех стран. Это был 65-й по счету элемент, первый вновь открытый после составления таблицы Менделеева, где было всего 64 элемента. Правда, о законе, открытом русским ученым, за границей предпочитали умалчивать, сводя его к рядовой попытке некоторого упорядочения, систематизации в химии. Но как раз история с галлием и доказала, что Менделеевым найден закон, открывающий перед учеными новую, прямую дорогу к вершинам знания.
Описывая свойства открытого им элемента, Буабодран указывал, что галлий обладает атомным весом 68, а удельным весом — 4,7. Ученые всего мира занесли в свои справочники данные о новом элементе. Никто из них не задумывался над достоверностью этих сведений.
И только один ученый — профессор Санкт-Петербургского университета Дмитрий Менделеев — позволил себе усомниться. Менделеев ожидал открытия элемента вроде галлия, — об этом ему говорил найденный им периодический закон. В своей таблице Менделеев оставил специальную клеточку, поставив туда элемент с названием «экаалюминий», описав еще за пять лет до открытия Буабодрана свойства «экаалюминия», которые и оказались близкими к свойству галлия.
Но Менделеева удивило то обстоятельство, что у французского ученого новый элемент имел удельный вес 4,7, а не 5,9–6,0, как это вытекало из закона.
И вот Буабодран получает письмо, где ему рекомендуется уточнить значение удельного веса. На сей раз удивлен был Буабодран: как так — он, единственный человек в мире, державший в руках галлий, ошибся, а какой-то русский профессор, на основании одних своих рассуждений, осмелился его поправлять!
Однако добросовестность ученого заставила Буабодрана заново проверить свои измерения. И каково же было его смущение, когда при точной проверке удельный вес галлия действительно оказался равным 5,96. Ученый вынужден был выразить восхищение своему гениальному русскому коллеге: «Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов г. Менделеева», — писал Буабодран. И впрямь, это было начало триумфа нового закона.
Вскоре были открыты и другие элементы, предсказанные Менделеевым, — клеточки заполнялись. В таблице периодической системы элементов стало насчитываться 92 элемента. Причем последним оказался тяжелый элемент «уран», с атомным весом 238. Сейчас уже найдены и другие элементы, полученные искусственным путем, доводящие общее их число до 100.
Уран — элемент, имеющий самый тяжелый атом из всех существующих на земле, привлекал особое внимание творца периодического закона. «Между всеми известными химическими элементами уран выделяется тем, что обладает наивысшим атомным весом… — писал Менделеев, — убежденный в том, что исследование урана, начиная с его природных источников, поведет еще ко многим новым открытиям, я смело рекомендую тем, кто ищет предметов для новых исследований, особо тщательно заниматься урановыми соединениями…»
Жизнь уже вскоре доказала, что и это предвидение Менделеева оказалось пророческим. Уран помог проникнуть в тайны строения атома.
Начало разгадки
Своим гениальным открытием Менделеев положил начало разгадке глубокого секрета природы. Не прошло и десяти-пятнадцати лет, как многие ученые, пользуясь периодическим законом, уже могли, пока еще теоретически, но достаточно глубоко, заглянуть в тот мир, который именуется «атомом». Одним из первых таких исследователей, в совершенстве овладевшим законом Менделеева, был русский ученый Чичерин. В восьмидесятых годах прошлого века, еще не имея в своих руках никаких опытных данных, пользуясь одними лишь математическими расчетами, вытекающими из периодического закона, он пришел к выводу, что «бесконечно малый атом, невидимый для глаз и постигаемый только разумом, управляется теми же законами, которые движут небесные светила в бесконечно великих пространствах вселенной… Каждый атом представляет собой подобие солнечной системы с центральною массою и обращающимися около нее телами».
Многим, вероятно, в то время казалось странным такое сопоставление: атом и солнечная система. Быть может, и вовсе выводы Чичерина не обратили на себя внимания, но факт остается фактом, — этим предположением своим русский ученый предвосхитил более поздние открытия, где уже на основе опыта была создана именно такая модель атома.
Больше того, Чичерин говорил об атомах, что «они неделимы в пределах нашего опыта, но мы не имеем основания сказать, что они неделимы безусловно».
Еще никто не поднимал в науке вопроса о делимости атома, а русский ученый Чичерин об этом заговорил и заговорил только на основании закона Менделеева.
Однако наука требует, чтобы любая теория, любые расчеты, любые предположения были подтверждены опытом. Лишь опыт, наблюдения, тщательно проверенные и многократно повторяющиеся, могут доказать правильность теоретических положений.
Еще через десяток лет, в 1896 году, состоялся и первый опыт. Состоялся он неожиданно, и проделан он был с ураном. Вот как это произошло.
В 1895 году немецкому ученому Рентгену удалось обнаружить невидимые таинственные лучи. Лучи эти могли проникать через непрозрачные стенки, давать отпечаток на фотопластинке и делать воздух или газ, через которые они проходят, хорошими проводниками электрического тока. Лучи возникали внутри запаянной стеклянной трубки, откуда выкачивался воздух и где между двумя металлическими электродами происходили под высоким электрическим напряжением разряды.