Она висит в каждом школьном кабинете, но периодическая таблица не родилась в одном гениальном озарении. Её собирали по кусочку 350 лет: алхимики, школьные учителя, русский профессор, раскладывавший карточки, и молодой физик, который так и не дожил до своей награды. Это их история.
В Гамбурге алхимик Хенниг Бранд искал философский камень. Его сырьём стали около 1500 галлонов человеческой мочи, которую он сначала оставлял гнить, а потом выпаривал. Вместо золота у него получилось белое воскообразное вещество, которое зловеще светилось в темноте зеленоватым светом. Он назвал его фосфором, «несущим свет». Это был первый элемент, чьё имя первооткрывателя нам известно, и с него началась охота за сокровищами, растянувшаяся на века.
Антуан Лавуазье, отец современной химии, опубликовал список из 33 «простых веществ», которые невозможно разложить на что-то ещё. Большинство из них действительно были элементами, например кислород, водород и ртуть. Но не все: в его список попали также свет и теплород, невидимая жидкость, которая, как он считал, переносит тепло. Пять лет спустя Лавуазье сложил голову на гильотине Французской революции.
Немецкий химик Иоганн Дёберейнер заметил нечто загадочное. Некоторые элементы объединялись в «триады»: тройки со сходными свойствами, в которых атомный вес среднего почти точно равен среднему арифметическому двух других. Кальций, стронций и барий. Хлор, бром и иод. Литий, натрий и калий. Совпадение или ключ к скрытому порядку?
Французский геолог Александр-Эмиль Бегье де Шанкуртуа расположил элементы по спирали на цилиндре и назвал её «земной винт». Похожие элементы выстраивались друг над другом. Идея была блестящей, но статью напечатали без схемы, и почти никто её не понял.
В Лондоне Джон Ньюлендс увидел, что каждый восьмой элемент словно повторяет свойства первого, как ноты в музыкальной гамме. Он назвал это законом октав. Когда в 1866 году он представил его Химическому обществу, публика осталась равнодушной:
«Не пробовал ли господин Ньюлендс расположить элементы в алфавитном порядке?»
— профессор Джордж Кэри Фостер
Общество отказалось публиковать его статью. Двадцать лет спустя оно наградило его медалью Дэви.
В Санкт-Петербурге Дмитрий Менделеев писал учебник химии, и ему нужен был логичный способ изложить элементы. Говорят, он написал каждый элемент на отдельной карточке и раскладывал их, как пасьянс, а окончательный порядок увидел во сне. Скорее всего, это легенда. Но то, что он сделал дальше, легендой не было.
Там, где закономерность нарушалась, Менделеев не стал подгонять известные элементы. Он оставил пустые места. А затем сделал то, на что до него никто не решался: предсказал свойства элементов, которых ещё никто никогда не видел.
| Название у Менделеева | Предсказан | Открыт как |
|---|---|---|
| Экаалюминий | 1871 | Галлий (1875) |
| Экабор | 1871 | Скандий (1879) |
| Экасилиций | 1871 | Германий (1886) |
Когда открыли галлий, его первооткрыватель измерил плотность: 4,7 г/см³. Менделеев ни разу не держал в руках ни крупинки этого металла, но написал в ответ, что плотность должна быть около 5,9, а образец, видимо, недостаточно чист. Образец очистили, измерили снова: 5,9. Для германия он предсказал атомный вес 72, а на самом деле он равен 72,6. Химики, сомневавшиеся в Менделееве, были покорены.
Немецкий химик Лотар Мейер независимо пришёл к очень похожей таблице, но прославила таблицу Менделеева именно его смелость предсказывать неизвестное.
Лорд Рэлей и Уильям Рамзай обнаружили в обычном воздухе скрытый газ, который отказывался реагировать с чем бы то ни было. Его назвали аргоном, «ленивым». Места для него в таблице не было вовсе. За четыре года Рамзай нашёл его родственников, неон, криптон и ксенон, и химики поступили удивительно: вместо того чтобы сломать таблицу, они добавили в неё целый новый столбец. Благородные газы встали в него идеально, и таблица стала только прочнее.
Несколько элементов по-прежнему стояли в «неправильном» порядке по весу. Менделеев интуитивно поменял местами теллур и иод, но объяснить почему не мог. В 25 лет английский физик Генри Мозли направил рентгеновские лучи на разные элементы и нашёл ответ: у каждого элемента своё, уникальное число протонов, его атомный номер. Стоило упорядочить элементы по атомному номеру, и все неудобные исключения исчезли.
Работа Мозли вела к Нобелевской премии. Вместо этого он пошёл добровольцем на фронт Первой мировой войны и в 1915 году, в 27 лет, погиб от пули снайпера при Галлиполи. Его гибель помогла убедить Британию в следующей войне держать своих учёных подальше от передовой.
Одно пустое место оставалось незанятым десятилетиями: элемент 43. В конце концов его нашли не в природе, а в куске молибдена, облучённом в ускорителе частиц. Карло Перрье и Эмилио Сегре назвали его технецием, от греческого слова «искусственный». Это был первый элемент, созданный человеком, и начало новой эпохи.
Работая над Манхэттенским проектом, Гленн Сиборг предложил вынести целую серию тяжёлых элементов, актиноиды, из основной таблицы в отдельную строку внизу. Коллеги предупреждали, что это погубит его научную репутацию. Вместо этого идея принесла ему Нобелевскую премию 1951 года и придала таблице тот вид, который мы знаем сегодня. В 1997 году элемент 106 назвали сиборгием, и Сиборг стал первым человеком, в честь которого элемент назвали при жизни.
После десятилетий работы команд из России, США, Германии и Японии ИЮПАК утвердил названия последних четырёх элементов: нихоний (113), московий (115), теннессин (117) и оганесон (118). Оганесон назван в честь российского физика Юрия Оганесяна, второго человека, удостоенного такой чести при жизни. Его атомы живут меньше тысячной доли секунды, но именно они впервые заполнили седьмой период таблицы до конца.
Прямо сейчас лаборатории обстреливают тяжёлые мишени пучками титана и хрома в надежде создать элемент 119 или 120, первый элемент восьмого периода. Теория намекает на «остров стабильности», где сверхтяжёлые атомы могут жить гораздо дольше. Таблица, которая началась со светящейся колбы выпаренной мочи, всё ещё пишется, и следующая глава может появиться в любой момент.