Есть такой анекдот: сначала таблица Менделеева приснилась Пушкину, но он нихуя не понял.
Мендеелееву нихуя не приснилась таблица Менделеева.
"Большая советская энциклопедия" приводит такую цитату Дмитрия Ивановича: "Я над ней может быть двадцать лет думал, а вы думаете: сидел и вдруг... готово".
Лучшая в мире таблица Менделеева - у нас на https://www.artlebedev.ru/mendeleev-table/
Дмитрий Иванович Менделеев родился в Тобольске 27 января (8 февраля) 1834 г. и был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени рождения Дмитрия в семье Менделеевых из детей оставались в живых два брата и пять сестер.
Детство Д.И. Менделеева совпало со временем пребывания в Сибири ссыльных декабристов, живших в Тобольской губернии. Сестра Дмитрия Ивановича - Ольга стала женой бывшего члена Южного общества Н.В. Басаргина. После смерти Ивана Павловича большую помощь семье оказывал И.И. Пущин.
Большое влияние на мировоззрение будущего учёного оказал его дядя В.Д. Корнильев, у которого останавливались во время своего пребывания в Москве Менделеевы. Корнильев был управляющим у князей Трубецких. Его дом часто посещали литераторы, живописцы, исследователи: Ф.Н. Глинка, С.П. Шевырёв, И.И. Дмитриев, М. Погодин, Е.А. Баратынский, Н.В. Гоголь, С.Л. Пушкин, Н.Ф. Павлов, художники П.А. Федотов и Н.А. Рамазанов; историки И.М. Снегирёв и П.Н. Кудрявцев. В 1826 году семья Корнильевых принимала у себя вернувшегося из ссылки Александра Пушкина.
Юный Менделеев рос обычным мальчишкой. Сын Д.И. Менделеева Иван Дмитриевич вспоминал, что однажды во время болезни отец сказал ему: «Ломит всё тело так, как после нашей школьной драки на Тобольском мосту».
В 1841 году Д. Менделеева поступил в Тобольскую классическую гимназию. Среди учителей гимназии выделялся преподаватель русской литературы и словесности впоследствии известный русский поэт Пётр Павлович Ершов. Позже автору «Конька-Горбунка» и Дмитрию Ивановичу суждено было стать родственниками — первой женой Д.И. Менделеева была падчерица Петра Ершова.
Здание Тобольской классической гимназии
Высшее образование Менделеев получил в Главном педагогическом институте Санкт-Петербурга. В 1855 году он с золотой медалью окончил отделение естественных наук физико-математического факультета. Несмотря на возможность остаться в институте для подготовки к экзамену на степень магистра Менделеев не смог воспользоваться её по состоянию здоровья. Врачи настоятельно рекомендовали ему сменить сырой петербургский климат.
В 1855 г. Менделеев был направлен старшим учителем в Симферопольскую мужскую гимназию. Однако, прибыв на место службы, он не смог приступить к работе: шла Крымская война (1853–1856 гг.). Симферополь находился вблизи фронта, и гимназия была закрыта. Находясь в Симферополе Менделеев попал на прием к знаменитому русскому хирургу Н.И. Пирогову, оперировавшего в Крыму раненых солдат. Осмотрев молодого ученого хирург пришел к выводу, что ситуация не такая опасная, как считал лечащий врач Менделеева Н.Ф. Здекауэр, дававший самые неблагоприятные прогнозы. Пирогов определили, что внутренние кровотечения вызывал не туберкулез, а далеко не смертельный, а некоторых случаях даже не очень опасный, порок сердечного клапана. «Нате-ка, вам, батенька, письмо вашего Здекауэра, - сказал после осмотра Пирогов.- Сберегите его, да когда-нибудь ему и верните. И от меня поклон передайте. Вы нас еще обоих переживете…». Слова великого хирурга окрылили Менделеева, и он с новыми силами принялся работать над магистерской диссертацией.
"Пирогов осматривает больного Менделеева" - И.Тихий
В 1855 году Менделеев переехал в Одессу, где он получил место учителя гимназии при Ришельевском лицее. Здесь он работал и как учитель математики и физики, и как преподаватель естественнонаучных дисциплин. В Одессе Менделеев активизировал свои научные изыскания, продолжая интенсивно готовиться к экзаменам и защите магистерской диссертации Петербургском университете.
Работу над магистерской диссертацией «Строение кремнезёмных соединений» Менделеев завершил через год. Ее защита прошла блестяще. С успехом была прочитана и вступительная лекция «Строение силикатных соединений».
В конце января отдельным изданием в Санкт-Петербурге была опубликована кандидатская диссертация Д.И. Менделеева «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу». 10 октября 1856 года Д.И. Менделееву была присвоена ученая степень магистра химии. А в январе 1857 года он был утвержден в звании приват-доцента Императорского Санкт-Петербургского университета по кафедре химии.
В 1857 году Менделеев был командирован в Германию. Одним из ярких событий поездки в Европу стало участие Менделеева в составе делегации русских химиков в работе I Международного химического конгресса в г. Карлсруэ (1860 г.). На конференции он познакомился современными направлениями развития химии, расширил круг академических связей, встретившись с известными европейскими учеными.
Надо отметить, что в Гейдельберге Менделеев работал прежде всего как физик. В Германии он сделал значительное экспериментальное открытие: установил существование «температуры абсолютного кипения», при достижении которой в определенных условиях жидкость мгновенно превращается в пар. Кроме этого в 1859 г. он сконструировал пикнометр - прибор для определения плотности жидкостей.
Пикнометр - прибор для определения плотности жидкостей. Д. И. Менделеев с друзьями по Гейдельбергу.Слева направо: Н. Житинский, А. П. Бородин, Д. И. Менделеев, В. И. Олевинский. 1860 г.
В 1861 г. Менделеев вернулся в Россию и в том же году всего за 2 месяца написал свой первый учебник – «Органическая химия». Впоследствии он опубликовал еще ряд работ, посвященных органической химии. Таким образом, Менделеев становится одним из первых теоретиков в области органической химии в России.
За свою «Органическую химию» Менделеев в 1862 г. был удостоен полной Демидовской премии – высшей научной награды России того времени.
В 1863 г. физико-математический факультет Петербургского университета избирает Менделеева профессором на кафедру технологии, но из-за отсутствия у него степени магистра технологии его утверждают в должности только в 1865 г. В 1864 г. Менделеев был также избран профессором Петербургского технологического института.
Защита докторской диссертации Менделеева «О соединении спирта с водой» состоялась в 1865 году. В 1867 г. он возглавил кафедру общей химии Петербургского университета, которую занимал в последующие 23 года.
В начале 1868 г. состоялся 1-й съезд русских естествоиспытателей и врачей. Члены его химической секции вынесли постановление об учреждении Русского химического общества. Д.И. Менделеев приступает к разработке Устава новой научной организации.
1-й съезд русских естествоиспытателей и врачей.
В марте 1869 года Д.И. Менделеевым был подготовлен доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов», посвященный периодической закономерности химических элементов. На заседании Русского химического общества доклад зачитал Н.А. Меншуткин. Вскоре работа Менделеева была опубликована в «Журнале Русского физико-химического общества», и сообщение об открытии на немецком языке появилось в журнале «Zeitschrift für Chemie». В 1872 году в журнале «Annalen der Chemie und Pharmacie» Д.И. Менделеев представил развернутый материал о периодическом законе.
Не давая представления о строении атома, периодический закон, тем не менее, вплотную подводит к этой проблеме, и решение её было найдено несомненно благодаря ему — именно этой системой руководствовались исследователи, указывая факторы, выявленные им с интересовавшими их другими физическими характеристиками. В 1984 году академик В. И. Спицын писал: «…Первые представления о строении атомов и природе химической валентности, разработанные в начале нашего столетия, основывались на закономерностях свойств элементов, установленных с помощью периодического закона».
В 1900 году Дмитрий Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы благородных газов.
Эта тема в творчестве Менделеева связана, прежде всего, с поиском учёным физических причин периодичности. Так как свойства элементов находились в периодической зависимости от атомных весов, массы, исследователь мыслил возможность пролить свет на эту проблему, выясняя причины сил тяготения и посредством изучения свойств передающей их среды.
Концепция «мирового эфира» имела в XIX веке большое влияние на возможное решение данной проблемы. Предполагалось, что «эфир», заполняющий межпланетное пространство, является средой, передающей свет, тепло и гравитацию. Исследование сильно разреженных газов представлялось возможным средством к доказательству существования названной субстанции, когда свойства «обычного» вещества уже не способны бы были скрывать свойства «эфира».
Одна из гипотез Менделеева сводилась к тому, что специфическим состоянием газов воздуха при большом разрежении и мог оказаться «эфир» или некий газ с очень малым весом. Д. И. Менделеевым написано на оттиске из «Основ химии», на периодической системе 1871 года: «Легче всех эфир, в миллионы раз»; а в рабочей тетради 1874 года учёный выражает ещё более ясно ход мысли: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая плотность, это и есть эфир!». Тем не менее, среди его публикаций этого времени таких определённых соображений не высказано.
При всей гипотетической направленности исходных предпосылок этих исследований, основным и наиболее важным результатом в области физики, полученным благодаря им Д. И. Менделеевым, явился вывод уравнения идеального газа, содержащего универсальную газовую постоянную. Также очень важным, но несколько преждевременным, было предложенное Д. И. Менделеевым введение термодинамической шкалы температур. Учёным также было избрано правильное направление для описания свойств реальных газов.
Весы, сконструированные Д.И. Менделеевым для взвешивания газообразных и твердых веществ
В 1905 году Менделеев скажет: «Всего более четыре предмета составили моё имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…».
На протяжении всей своей жизни Д. И. Менделеева не ослабевал его интерес к «растворной» тематике. Наиболее значительные его исследования в этой области относятся к середине 1860-х, а важнейшие — к 1880-м годам. Тем не менее, публикации учёного показывают, что и в другие периоды своего научного творчества он не прерывал изысканий, способствовавших созданию основы его учения о растворах. Концепция Д. И. Менделеева эволюционировала от весьма противоречивых и несовершенных первоначальных представлений о природе этого явления в неразрывной связи с развитием его идей в других направлениях, в первую очередь — с учением о химических соединениях.
Д.И. Менделеев показал, что правильное понимание растворов невозможно без учёта их химизма, отношения их к определённым соединениям (отсутствия грани между таковыми и растворами) и сложного химического равновесия в растворах — в разработке этих трёх неразрывно связанных аспектов заключается основное его значение.
В конце 1870-х гг. в сферу интересов Менделеева попадают проблемы, связанные с нефтью. В 1877 г. он выдвигает гипотезу о неорганическом происхождении нефти из карбидов тяжелых металлов. Проводя исследования состава нефти разных месторождений, Д.И. Менделеев разработал новый способ её дробной перегонки, позволявший добиться разделения смесей летучих веществ. Ученый также доказал ошибочность мнения об оскудении каспийских источников.
Работы Менделеева по нефтедобыче имели большое значение для стремительно развивающейся в России нефтяной промышленности. Менделеев первым заявил о том, что сжигать нефть в топках преступно, поскольку из неё можно получить множество химических продуктов: «Сжигать нефть - все равно, что топить печку ассигнациями», - афористично сформулировал ученый.
Менделеев предложил перевозить нефть не на арбах и не в бурдюках, а в цистернах и перекачивать ее по трубам. Учёный математически доказал, насколько целесообразнее перевозить нефть наливом, а заводы для переработки строить в местах потребления нефтепродуктов.
Когда в конце 1870-х годов Д.И. Менделеев занимался изучением сопротивления среды, им была высказана мысль о постройке опытового бассейна для испытания судов. Эта идея была реализовано только в 1893 году, когда по просьбе управляющего морским министерством Н.М. Чихачёвым учёный составил записку «О бассейне для испытания судовых моделей» и «Проект положения о бассейне.
Занимаясь изучением растворов, Д.И. Менделеев проявил большой интерес к результатам исследований плотности морской воды, которые были получены адмиралом С.О. Макаровым в кругосветном плавании на корвете «Витязь» в 1887—1889 годах. Эти ценнейшие данные ученый включил в сводную таблицу величин плотности воды при разных температурах, которую он опубликовал в своей статье «Изменение плотности воды при нагревании».
Продолжая взаимодействия с С.О. Макаровым, начатые при разработке порохов для морской артиллерии, Менделеев включается в организацию ледокольной экспедиции в Северный Ледовитый океан: «Ваша мысль блистательна, — пишет он С. О. Макарову, — и рано или поздно неизбежно выполнится и разовьётся в дело большого значения не только научно-географическое, но и в живую практику». Успешная экспедиция давала бы решение многим важнейшим экономическим проблемам: связь Берингова пролива с другими русскими морями положила бы начало освоению Северного морского пути, что делало доступными районы Сибири и Крайнего севера.
Осенью 1897 года правительство принимает решение о финансировании постройки ледокола. Менделеев был включён в состав комиссии проекта. Ледокол был заложен в Ньюкасле на стапелях английской фирмы Armstrong Whitworth в декабре. Это было первое в мире судно арктического класса, способное форсировать тяжелые льды. Кораблю было присвоено имя «Ермак».
В 1901—1902 годах Менделеев создал проект арктического экспедиционного ледокола и разработал высокоширотный «промышленный» морской путь, подразумевавший прохождение судов вблизи Северного полюса.
Ледокол «Ермак», в проектировании которого непосредственное участие принимал Д.И.
Менделеев интересовался разными науки. В конце 1880-х он увлекся воздухоплаванием. 7 августа 1887 г. для наблюдения полного солнечного затмения он совершил полёт на воздушном шаре «Русский».
В небольшом имении великого русского химика Дмитрия Ивановича Менделеева Боблове, в 18 верстах от Клина, где он отдыхал и проводил сельскохозяйственные опыты, тоже готовились в «домашних» условиях наблюдать редкое небесное явление. Когда до наступления затмения оставалось немногим более недели, из Петербурга в Боблово пришла телеграмма. В ней Императорское Русское техническое общество извещало ученого о том, что в Твери будет снаряжен воздушный шар. Совет Общества, говорилось в телеграмме, считает своим долгом заявить об этом, чтобы он, Менделеев, в случае желания «мог лично воспользоваться поднятием шара для научных наблюдений».
Пристрастие Менделеева к воздухоплаванию, его труды в этой области были широко известны. Менделеев охотно дал согласие на участие в полете. В Клин спешно был направлен воздушный шар «Русский» под командованием опытного аэронавта, поручика Александра Кованько.
Намеченный полет с участием Менделеева получил широкую огласку и вызвал большой интерес. В поездах, уходивших 6 августа из Москвы, трудно было найти свободное место.
«Ждали Менделеева, — рассказывал писатель Владимир Гиляровский. — В 6 часов 25 минут раздались аплодисменты, и из толпы к шару вышел высокого роста, немного сутулый, с лежащими по плечам волосами с проседью и длинной бородой человек. Это был профессор».
В корзину пристроили барограф, два барометра, бинокли, спектроскоп, электрический фонарь и сигнальную трубу. С шара предполагалось зарисовать корону солнца, проследить движение тени и провести спектральный анализ. В 6 часов 25 минут Д.И. Менделев и А.М. Кованько сели в корзину, но намокший шар не поднялся. Александр Матвеевич Кованько уступил просьбам Д. И. Менделеева и предоставил ему самому провести полёт.
Все вдруг увидели, как Менделеев что-то сказал Кованько, как тот выпрыгнул из корзины, и шар медленно, слишком медленно пошел вверх. За борт полетел табурет и доска, служившая столиком. Опустившись на дно корзины, Менделеев обеими руками начал выкидывать песок, балласт. Это было нелегко. Песок отсырел и превратился в плотный комок. А следовало торопиться, чтобы не опоздать: полные затмения Солнца, как известно, длятся всего несколько минут.
Неожиданный полет Менделеева в одиночку, исчезновение шара в облаках и вдруг нахлынувший мрак, по словам Гиляровского, «удручающе подействовало на всех». Тревога еще более усилилась, когда в Клину была получена посланная кем-то невразумительная телеграмма: «Шар видели — Менделеева нет».
Между тем, полет прошел и завершился вполне успешно. Аэростат поднялся на высоту более трех километров, вышел за облака, и Менделеев успел ряд наблюдений, хотя погода помешала достичь основных целей исследователя. Позднее ученый так оценивал свои результаты: «Если бы мой полёт из Клина, ничего не прибавивший в отношении к знанию „короны“, послужил бы к возбуждению интереса метеорологических наблюдений с аэростатов внутри России, если бы он, кроме того, увеличил общую уверенность в том, что летать на аэростатах можно с удобством даже новичку, тогда бы я не напрасно летал по воздуху 7-го августа 1887 года».
Воздушный шар «Русский», на котором Д.И.Менделеев 7 августа 1887 г. совершил полёт для наблюдения полного солнечного затмения.
Перед спуском ученому пришлось проявить не только бесстрашие, но и незаурядную ловкость. Веревка, идущая от газового клапана, запуталась в снастях аэростата. Тогда Менделеев взобрался на борт корзины и, повиснув над бездной, распутал злосчастную веревку.
Аэростат опустился в Калязинском уезде Тверской губернии. И только Менделеев выбрался из корзины, как перед ним появился сельский староста. С подозрением глядя на воздухоплавателя, он сказал, что «за пузырем посмотрят», и вдруг угрожающе закричал, входя в раж: «Да и тебя побережем! Ты кто такой?» К счастью, местным крестьянам удалось угомонить блюстителя порядка. Они проводили Менделеева к соседнему поместью. «Здесь меня приютили, отправили мои депеши, помогли собрать и спрятать аэростат со всеми его принадлежностями и в путь снарядиться», - вспоминал ученый.
После полета, отвечая на вопрос, как он решился на столь рискованный шаг, Менделеев писал: «Обыкновенно думают, — писал он, — что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, а иначе у нас все из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение несправедливо, по крайней мере, в отношении к естествоиспытателям».
Весть о необычайно смелом полете Менделеева вскоре стала известна не только по всей России. Французская Академия метеорологического воздухоплавания присудила русскому ученому специальный диплом, украшенный девизом изобретателей воздушного шара братьев Монгольфье «Так идут к звездам».
Менделеев стал одним из основателем современной метрологии. Он разработал теорию весов, улучшил конструкции коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.
В 1893 г. Д.И. Менделеев создал Главную палату мер и весов (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева): «Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры», - писал он.
В 1899 г. по инициативе Менделеева в России был введен новый закон о мерах и весах, результатом которого стало создание государственной поверочной службы.
Главная палата мер и весов в Санкт-Петербурге.
В 1906 г. Д.И. Менделеев пишет свой последний крупный труд «К познанию России». Важное место в этой работе занимают вопросы народонаселения; в своих выводах учёный опирается на скрупулёзный анализ результатов переписи населения.
Д.И. Менделеев обрабатывает статистические таблицы со свойственной ему тщательностью и мастерством исследователя, совершенно владеющего математическим аппаратом и методами расчёта.
Достаточно важным компонентом явилось присутствующее в книге вычисление двух центров России - поверхности и населения. Учёный приобщил к изданию карту новой проекции, в которой нашли отражение идея единого промышленного и культурного развития европейской и азиатской частей страны, что должно было служить сближению двух центров.
Менделеев работал не щадя себя, упорно, страстно, вдохновенно. «Я и сам удивляюсь, - писал в конце жизни ученый, - чего я только не делывал на своей жизни. И сделано, я думаю, недурно».
Научный авторитет Д. И. Менделеева был огромен. К концу жизни он получил свыше 130 дипломов и почётных званий от русских и зарубежных академий, университетов, научных обществ и организаций. Практически всеми российскими и большинством наиболее уважаемых зарубежных академий, университетов и научных обществ, он был избран своим почётным членом.
Таблица Менделеева в исполнении Артема Оганов. Алексей Семихатов и Владимир Сурдин.
Давайте честно: 99% людей помнят из школьной химии только "Бериллий, Бор, Углерод, Азот..." (спасибо песне) и панический страх перед контрольной.Но таблица Менделеева — это не список для зубрежки. Это шпаргалка, которую придумала сама природа. Если понять её логику, запоминать элементы не придется — вы будете их вычислять.Вот как она устроена на пальцах.Главный секрет (ось координат)
Воспринимайте таблицу как карту. По горизонтали — периоды (слева направо), по вертикали — группы (сверху вниз).
Строка (период) = сколько энергетических уровней (оболочек) есть у атома. В первой строке — 1 уровень, в седьмой — 7. Всё.
Столбец (группа) = сколько электронов на внешнем уровне. А это и есть характер элемента.Как это работает на практике (запоминаем без зубрежки)
Разделите таблицу на 3 типа характеров:1. Левая часть (1-я и 2-я группы) — Металлы-отдавайки. Это щелочные и щелочноземельные металлы. У них 1 или 2 электрона на внешней орбите. Им лень их держать, они хотят их отдать. Поэтому они активно реагируют с водой и кислородом (натрий, калий, кальций).
2. Правая часть (6-я и 7-я группы) — Неметаллы-забирайки. Это кислород, сера, галогены (фтор, хлор). У них, наоборот, не хватает 1–2 электронов до полной чашки (8). Им жизненно необходимо эти электроны отобрать у первого типа. Поэтому они такие агрессивные окислители.
3. Граница (4-я группа) — Универсалы. Углерод и кремний (4-я группа). У них по 4 электрона. Им всё равно — они могут и отдать, и забрать. Из них состоит вся органика и наша планета. Самые стабильные ребята.
Как запомнить последовательность 20 главных элементов? (Без "Бериллия Бора")Просто разделите их в голове на этажи:
Этаж 1 (короткий): Водород (Н) и Гелий (Не). Всё. Начало.
Этаж 2 (жизнь): Литий (Li), Бериллий (Be), Бор (B), Углерод (C), Азот (N), Кислород (O), Фтор (F), Неон (Ne). Они идут ровно по порядку увеличения заряда. Просто запомните фразу: "Литий Бериллий Бор — Углерод Азот Кислород Фтор Неон" звучит как заклинание, но легко ложится на слух.
Этаж 3 (металлы+): Натрий (Na), Магний (Mg), Алюминий (Al), Кремний (Si), Фосфор (P), Сера (S), Хлор (Cl), Аргон (Ar).Заметили? С каждым этажом добавляется новый уровень электронов, и элементы становятся крупнее и тяжелее.Самый простой лайфхак для любых реакций:Если элемент слева — он металл (отдает). Если справа — неметалл (забирает). Если между ними — амфотерный (как получится).Зная это, вам не нужно учить, что "Натрий + Вода = Взрыв". Вы просто смотрите на таблицу: Натрий (слева, хочет отдать) встречает Воду (кислород справа, хочет забрать). Конфликт неизбежен, значит, будет бурная реакция. Логика, а не память.
Главный итог:Менделеев расположил элементы не просто так, а как игроков в футбольной команде. У каждого своя позиция и своя роль. Один раз поняв эту карту, вы сможете предсказывать свойства элемента, даже если никогда о нем не слышали.
Вопрос к тем, кто шарит:Какой элемент, по-вашему, самый "идеальный" по расположению — золотая середина между металлом и неметаллом? Пишите, подумаем вместе. А если хотите — в следующем посте разберу, как по таблице определить, растворится ли вещество в воде или выпадет в осадок. 😉
Вот эта наша таблица Менделеева, она вообще окончательная? Мы же привыкли, что это всё, раз и навсегда, всё разложено, всё ясно. А ведь добавляют туда постоянно что-то. Эти сверхтяжёлые элементы, их же в лабораториях синтезируют, они живут еле-еле, но они есть. Где вообще предел у этой таблицы? Есть ли какая-то точка, дальше которой элементы просто не могут существовать, или это всё упирается в наши технические возможности, в мощность тех же ускорителей?
Может, тут есть кто разбирается в физике или химии? Есть какой-то чёткий ответ на этот счёт, или это до сих пор открытый вопрос?
И ещё одна мысль, которая давно покоя не даёт.
Читал где-то (правда, не могу найти, где именно) про советского учёного, который якобы изобрёл двигатель с КПД чуть ли не 90%. Это же просто космос для обычных двигателей. И говорят, проект прикрыли, потому что такой двигатель бы просто уничтожил интересы нефтяных и энергетических гигантов.
Я понимаю, звучит как типичная городская легенда. Таких историй про "запретные изобретения" полно, и чаще всего за ними пусто. Физику никто не отменял, вечный двигатель — это сказки. Но вот про 90% КПД, не 100%, а именно под 90% — это же не нарушение законов физики, а просто суперэффективный двигатель. И вот тут я не могу понять, есть ли в этом хоть доля правды, или это очередная байка из интернета без реальных корней.
Кто-нибудь сталкивался с такой историей? Может, знаете, о ком конкретно речь, или это опять миф, который ничем не подкреплён?
Этот ролик — о человеке, который смог увидеть закономерность там, где другие видели хаос.
В марте 1869 года в Петербурге разослали листовки. На них была таблица, а под ней имя: Дмитрий Иванович Менделеев. Сам автор на заседании Русского химического общества, где эту таблицу представляли, не присутствовал: он в тот момент разъезжал по губерниям с ревизией сыроварен, дело было государственной важности не меньшей, чем химия. Доклад за него зачитал коллега. И в этот момент никто в зале, включая, вероятно, самого докладчика, не понимал до конца, что произошло. А произошло, пожалуй, одно из самых странных событий в истории науки: человек построил карту вещества, в которой были пустые клетки, и заявил, что рано или поздно в эти клетки впишут элементы, которых ещё никто никогда не видел. Причём заявил без всякого тумана, предсказав их вес и свойства с точностью, которая через пятнадцать лет заставила скептиков замолчать.
Галлий нашли в 1875 году во Франции, и его плотность оказалась почти точно такой, какую предсказывал Менделеев. Скандий нашли в Швеции в 1879 году. Германий в Германии в 1886 году, и вот тут случилось особенно приятное совпадение для истории: немецкий первооткрыватель Клеменс Винклер, сверяя свойства нового элемента с таблицей, воскликнул, что это словно кто-то заранее написал ему инструкцию. Три элемента, три пустых клетки, три точных попадания подряд. После этого спорить с таблицей стало неприлично.
Стоит сразу сказать, что Менделеев не был единственным, кто в те же годы двигался в эту сторону. Немецкий химик Юлиус Лотар Мейер публиковал похожие таблицы почти одновременно, в 1870 году вышла его версия, повёрнутая относительно менделеевской на девяносто градусов, и между двумя учёными разгорелся спор о приоритете, длившийся годами. Английское Королевское общество в 1882 году присудило золотые медали обоим сразу, поставив их фактически на равных. Но именно Менделеев рискнул сделать то, чего не сделал Мейер: он расставил известные элементы по порядку и вдобавок оставил зазоры для неизвестных, назвав их будущие адреса. Разница между усердным собирателем фактов и первооткрывателем закона часто в том, кто из двух решается на прогноз, за который можно опозориться публично, если он не сбудется.
Здесь начинается интересная историческая деталь, которую редко объясняют в школе внятно. Менделеев расставлял элементы по атомному весу, потому что ничего другого измерить тогда не могли. Атомный номер, то есть число протонов в ядре, физики поймут только через полвека, когда появится модель атома Резерфорда и Бора, а затем работы Генри Мозли, который в 1913 году с помощью рентгеновских спектров показал: настоящий порядковый признак элемента, это заряд его ядра, а масса лишь косвенно с ним связана. И вот тут таблица преподносит сюрприз даже собственному создателю. По массе теллур тяжелее йода. А по химическим свойствам теллур явно относится к одной семье с кислородом и серой, а йод, явно, к семье хлора и брома. Если строго следовать массе, их пришлось бы переставить местами, и вся логика сходства свойств рассыпалась бы. Менделеев наперекор массе поставил теллур перед йодом, доверившись химии больше, чем весам. Спустя полвека выяснилось, что он был прав: у теллура меньше протонов, чем у йода, хотя из-за более тяжёлых изотопов средняя масса выше. Интуиция обогнала измерительный прибор своей эпохи.
Так что на самом деле карта вещества устроена по числу протонов, атомному номеру, и это число растёт слева направо и сверху вниз без единого исключения, куда точнее и надёжнее, чем масса или объём атома. Каждая следующая клетка означает один дополнительный протон в ядре и, соответственно, один дополнительный электрон в оболочке нейтрального атома.
Почему клетки складываются в столбцы и строки? Вот здесь физика двадцатого века объясняет то, что химия девятнадцатого только нащупала эмпирически. Электроны в атоме не летают произвольно, они заселяют оболочки согласно строгим правилам квантовой механики. Оболочки заполняются по принципу наименьшей энергии, и на каждой ступени умещается ограниченное число электронов: два на первой оболочке, восемь на второй, восемь или восемнадцать на третьей в зависимости от того, как считать, и так далее. Химические свойства элемента определяются в первую очередь тем, сколько электронов находится на внешней, валентной оболочке, потому что именно эти электроны участвуют в связях с соседями. Литий и натрий стоят друг под другом по одной причине: у обоих на внешней оболочке ровно один электрон, и оба одинаково охотно его отдают, вступая в реакцию.
Отсюда периоды, то есть строки таблицы: каждая строка соответствует заполнению новой электронной оболочки. И отсюда группы, столбцы: элементы одного столбца повторяют структуру внешней оболочки, отличаясь числом внутренних, уже заполненных слоёв. Слово «периодическая» в названии таблицы означает именно это: свойства элементов повторяются с определённым шагом, потому что повторяется архитектура внешней электронной оболочки.
Дьявол, как обычно, в деталях, и здесь он проявляется в исключениях из идеального правила заполнения оболочек по возрастанию энергии. Хром и медь, например, «жульничают»: по общей схеме у них должна получиться конфигурация с четырьмя и девятью электронами на d-подоболочке соответственно, но реальные атомы предпочитают перескочить один электрон с внешней s-оболочки на d, потому что наполовину или полностью заполненная d-подоболочка энергетически выгоднее. Похожим образом ведут себя ниобий, молибден, рутений, родий, серебро и золото, и таких исключений в таблице набирается несколько десятков. Каждый раз они напоминают, что правила квантовой механики описывают устойчивую тенденцию, у которой всё же случаются свои упрямые нарушители.
Стоит упомянуть и то, что задолго до Менделеева химики уже нащупывали фрагменты этой закономерности, просто не могли собрать их в целое. Немецкий химик Иоганн Дёберейнер ещё в 1829 году заметил, что некоторые элементы удобно объединяются в тройки, триады, где средний по свойствам элемент оказывается почти точно средним и по массе: хлор, бром и йод, или кальций, стронций и барий. Английский химик Джон Ньюлендс в 1866 году предложил «закон октав», заметив, что каждый восьмой элемент в ряду по возрастанию массы повторяет свойства предыдущего, по аналогии с музыкальной октавой, но его идею коллеги на заседании Химического общества встретили насмешками, кто-то в шутку спросил, не пробовал ли он располагать элементы по алфавиту для разнообразия. Только несколько лет спустя Королевское общество признало правоту Ньюлендса и наградило его золотой медалью, посмертной славы для идеи это, впрочем, не изменило: имя, закреплённое в учебниках, досталось не ему.
Тут же уместно назвать вещи привычными именами химиков: элементы левых двух столбцов относят к s-блоку, шесть столбцов справа, начиная с бора, к p-блоку, десять столбцов посередине, где как раз и заполняются d-подоболочки, к d-блоку или блоку переходных металлов, а два ряда снизу, лантаноиды и актиноиды, к f-блоку. Эти границы не декоративные, они прямо отражают, какая именно подоболочка заполняется электронами у элементов этой части таблицы, и во многом объясняют, почему переходные металлы так похожи друг на друга по внешним свойствам гораздо сильнее, чем элементы соседних периодов из s или p блоков: их различия спрятаны глубже, во внутренней d-подоболочке, до которой соседям по химической реакции, как правило, дела нет.
Стоит взглянуть на таблицу как на карту с рельефом, и на ней сразу проступают закономерности. Атомный радиус растёт сверху вниз в каждой группе, потому что добавляются новые электронные оболочки, но при этом убывает слева направо в каждом периоде, потому что растущий заряд ядра сильнее притягивает электроны того же уровня, стягивая оболочку плотнее. Энергия ионизации, то есть усилие, нужное для отрыва электрона, ведёт себя ровно наоборот: растёт слева направо, падает сверху вниз. Электроотрицательность, способность атома перетягивать на себя чужие электроны в связи, достигает максимума у фтора в правом верхнем углу таблицы и минимума у щелочных металлов внизу слева. Металлические свойства усиливаются влево и вниз, неметаллические усиливаются вправо и вверх. Всё это не отдельные разрозненные факты, а следствия одной и той же электронной геометрии, просто увиденной под разными углами.
Здесь наступает момент, ради которого этот текст вообще стоит читать взрослому человеку, давно забывшему школьный кабинет химии. Периодическая таблица, которую большинство видело на стене этого кабинета, представляет собой лишь одну из возможных форм изображения закона. Существуют десятки альтернативных вариантов: спиральные, в виде пирамиды, трёхмерные модели, таблица Тео Бенфея в форме улитки, левоступенчатая таблица французского инженера Шарля Жане, где блоки элементов выстроены строго по порядку заполнения электронных подоболочек, без привычной длинной формы со вставным блоком лантаноидов снизу. Философ и историк химии Эрик Скерри, много лет занимающийся этим вопросом профессионально, прямо утверждает: единственно верного способа нарисовать периодическую систему не существует, есть разные проекции одной и той же закономерности, каждая со своими удобствами и своими искажениями, примерно как разные картографические проекции земного шара по-разному врут о размерах континентов. При этом сам Скерри придерживается позиции, что за разнообразием проекций всё же стоит одна объективная физическая структура, а его оппоненты в философии химии считают само понятие «элемента» более расплывчатым социальным конструктом, чем принято думать, и спор между этими лагерями идёт в профессиональных журналах уже не первое десятилетие без признаков завершения.
Более того, среди профессиональных химиков и физиков до сих пор нет полного согласия по нескольким вопросам расположения. Один из самых упорных споров, где именно должны стоять лантан и лютеций. В привычной со школы версии в клетку под скандием и иттрием ставят лантан, а весь блок из четырнадцати лантаноидов вынесен отдельной строкой снизу. Но по строгой электронной логике, по которой у лютеция полностью заполнена 4f-подоболочка, а у лантана она пуста, именно лютеций логичнее ставить в основную таблицу, а лантан отправлять в ряд лантаноидов. Международный союз теоретической и прикладной химии, IUPAC, в 2021 году выпустил предварительную рекомендацию в пользу варианта со скандием, иттрием, лютецием и лоуренсием в третьей группе, но статус этого документа остаётся именно рекомендательным, окончательного обязательного решения так и не принято, и часть научного сообщества продолжает пользоваться старой версией по инерции преподавания и печати учебников.
Второй затяжной спор касается места гелия. По электронной конфигурации гелий, с его двумя электронами на единственной оболочке, логично было бы поставить над бериллием, во вторую группу, ведь его внешняя оболочка полностью заполнена так же, как и у более тяжёлых аналогов. Но по химическому поведению гелий инертен настолько, что ни с кем не реагирует практически никогда, и его традиционно ставят над неоном, в группу благородных газов, потому что там он ведёт себя как полноправный член семьи. Обе логики по-своему обоснованы, обе имеют сторонников среди практикующих химиков, и таблица на стене каждой отдельной школы в мире просто выбирает одну из них молча, без пояснительной сноски.
Самое неожиданное происходит на дальнем правом краю таблицы, среди сверхтяжёлых искусственно созданных элементов. Оганесон, элемент с атомным номером сто восемнадцать, синтезированный совместно российскими и американскими физиками и названный в честь академика Юрия Оганесяна, формально стоит в группе благородных газов вместе с гелием, неоном, аргоном. По логике таблицы он должен вести себя как крайне инертный газ. Но расчёты, учитывающие релятивистские эффекты, то есть поправки теории относительности, необходимые из-за огромного заряда ядра и колоссальных скоростей внутренних электронов, дают совсем другую картину. У таких тяжёлых атомов внутренние электроны разгоняются до скоростей, заметной доли от скорости света, а это по Эйнштейну означает рост их эффективной массы и изменение орбит. В случае оганесона расчёты показывают, что при обычных условиях он, вероятно, окажется твёрдым телом с положительным сродством к электрону, то есть со склонностью электрон присоединять к себе, что для благородного газа поведение почти скандальное. Иными словами, на самом краю периодической системы её собственная логика начинает трещать под грузом релятивистской физики, которую в девятнадцатом веке никто не мог даже вообразить.
Дальше на восток и юг карты, за пределами официально признанных ста восемнадцати элементов, физики продолжают охоту за так называемым островом стабильности: теоретически предсказанной зоной, где некоторые сверхтяжёлые ядра с определённым числом протонов и нейтронов могут оказаться значительно устойчивее своих непосредственных соседей, живущих доли секунды. Идея не нова, её высказывали ещё в шестидесятые годы двадцатого века, опираясь на модель магических чисел: подобно тому, как полностью заполненные электронные оболочки делают атом инертным и стабильным химически, полностью заполненные протонные и нейтронные оболочки внутри ядра должны делать его устойчивее соседей. Кандидатом на центр острова разные модели называют разные числа протонов, от ста четырнадцати до ста двадцати шести, и разные числа нейтронов в районе ста восьмидесяти четырёх, но подтвердить любую из этих оценок можно только синтезировав сам изотоп и измерив, сколько он проживёт: секунды, часы или, как втайне надеются исследователи, годы. Попытки синтезировать элементы сто девятнадцать и сто двадцать идут прямо сейчас в лабораториях нескольких стран, конкурирующих за то, кто первым допишет следующую строку в таблицу и получит право дать ей имя, а заодно, возможно, нащупает край того самого острова на практике.
Есть и более философский, менее заметный широкой публике спор, касающийся самой природы периодического закона. Одни исследователи настаивают, что периодичность свойств элементов вытекает напрямую из фундаментальных законов квантовой механики и потому заслуживает того же статуса, что и законы Ньютона или термодинамики: это не удобная классификация, придуманная людьми, а объективная структура реальности, которую люди только обнаружили. Другие возражают, что сама граница между «элементами» и их отдельными разновидностями, изотопами, ионами, соединениями в разных степенях окисления, достаточно условна и во многом зависит от выбора химиков, что именно считать основным носителем свойства. Спор этот не имеет однозначного разрешения и вряд ли получит его в обозримом будущем, потому что упирается в более общий вопрос философии науки: где заканчивается открытие природы и начинается её описание удобным для человека языком.
Практическая польза от понимания устройства этой карты выходит далеко за пределы школьного экзамена. Материаловеды используют периодические тренды, чтобы заранее предсказывать свойства ещё не синтезированных сплавов и полупроводников: зная, как меняются радиус атома и его склонность отдавать электроны при движении по таблице, можно прикинуть, из каких соседних элементов получится прочный, но лёгкий сплав, ещё до того, как его сварят в лаборатории. Фармакологи опираются на закономерности групп, подбирая элементы для контрастных веществ и лекарственных комплексов, где важно, чтобы атом вёл себя предсказуемо в организме и не вступал в лишние реакции. Ядерная медицина и энергетика напрямую завязаны на понимание того, почему одни изотопы стабильны, а другие распадаются за микросекунды, выбрасывая излучение нужного типа и нужной силы. И даже космология пользуется этой картой: то, в каких пропорциях во Вселенной распределены элементы, от лёгкого водорода до тяжёлого урана, рассказывает историю звёзд, взрывавшихся сверхновыми задолго до появления Солнечной системы. Почти всё, что тяжелее железа, включая золото в кольце на чьей-то руке, родилось именно во время таких взрывов: внутри спокойно горящей звезды термоядерный синтез останавливается на железе, дальше требуется энергия коллапса и вспышки, чтобы выковать более тяжёлые ядра и разбросать их по галактике на будущее.
В следующий раз, оказавшись рядом с таблицей на стене, стоит на минуту забыть про экзамен и просто провести пальцем по одному столбцу сверху вниз, от лёгкого элемента к тяжёлому, отслеживая, как меняется характер веществ в одной и той же химической семье. Это самый прямой способ увидеть перед собой работающую карту устройства всего, из чего состоит физический мир, включая того, кто на эту карту сейчас смотрит.
