Борис Кузнецов - Дмитрий Иванович Менделеев

В начале нашего столетия физики пришли к убеждению, что и другие элементы, кроме урана и радия, также радиоактивны. Рубидий и самарий распадаются со столь небольшой скоростью, что запас их уменьшится вдвое в течение многих миллиардов лет. Некоторые элементы распадаются в еще более длительные сроки.

Распад атомов и существование элементарных частиц, из которых состоят атомы, помогли объяснить периодичность свойств химических элементов, открытую Менделеевым в конце 60-х годов. Если атомы состоят из одних и тех же элементарных частиц, в различном числе и различным образом сгруппированных, то появляется надежда объяснить сходные свойства различных элементов сходством структур различных атомов, числом и расположением элементарных частиц, входящих в атомы. В начале нашего столетия многие физики и химики задумывались над этой проблемой. Следует упомянуть о размышлениях известного русского революционера народовольца Н. А. Морозова, заключенного в 1884 году в Шлиссельбургскую крепость и пробывшего там до 1905 года. Морозов в своей одиночной камере много размышлял о причинах открытой Менделеевым периодичности и пришел к мысли о сложной структуре атома, об атоме, в котором электроны движутся вокруг ядра, как планеты вокруг Солнца. Он передал свою рукопись в 1901 году на волю, но глубину содержащихся в ней идей не оценили, и открытие Морозова не было опубликовано вплоть до 1907 года. О физической природе периодичности свойств химических элементов думали и другие ученые. Они подчеркивали, что периодическая таблица Менделеева приобретает характер родословного дерева, по которому можно судить о превращении одного элемента в другой, об их происхождений. Мысль о том, что периодическая таблица отражает развитие природы, историю происхождения химических элементов, была, в частности, высказана в 1911 году известным русским химиком Чугаевым, который писал, что в периодическом законе заключено «выражение того плана, по которому совершалась эволюция существующих элементов, выражение тех сложных и многочисленных факторов, которые оказывали влияния на ход этой эволюции».

Каким же образом современная физика и химия объясняют периодическое повторение химических свойств элементов, расположенных в порядке возрастания атомного веса?

Открытие электронов, радиоактивности, а вслед за ними элементарных положительно заряженных частиц (протонов) и электрически нейтральных частиц (нейтронов) позволило с очень большой точностью и конкретностью объяснить периодическое появление элементов со сходными химическими свойствами, последовательное (хотя и не совсем равномерное) нарастание атомного веса элементов в менделеевской таблице, существование малых и больших периодов и многое другое.

Важнейшим поворотным пунктом в развитии представлений о структуре атомов были опыты великого английского физика Резерфорда, произведенные в 1911 году. Резерфорд направлял положительно заряженные частицы, выбрасываемые радием (так называемые альфа-лучи), на различные вещества и регистрировал отклонение альфа-лучей, т. е. направления движения альфа-частиц по прохождении через вещество. Оказалось, что альфа-частицы по большей части проходят через вещество не отклоняясь, т. е. не испытывая электрического отталкивания от атомов, но изредка отталкиваются и испытывают значительное отклонение от первоначального пути. Получалось так, как будто альфа-частицы, бомбардирующие атом, проходят через него, но изредка делают резкий поворот в сторону, как бы испытав отталкивающее действие маленького положительного заряда, находящегося в центре атома.

Такие результаты опытов заставили Резерфорда предположить, что в центре атома находится небольшое по сравнению с объемом атома положительно заряженное ядро. Он сравнивал число положительных частиц, прошедших через атом без резкого отклонения, с числом положительных частиц, испытывающих отталкивающее действие ядра, и таким образом мог вычислить размеры атомных ядер. Их диаметр примерно в сто тысяч раз меньше диаметра атомов. Резерфорд пришел к мысли, что вокруг такого положительного ядра на различных орбитах вращаются электроны. Электроны и ядра заряжены разноименным электричеством; однако электроны не падают на ядра вследствие центробежной силы, так же как планеты не падают на Солнце.

Такая планетарная модель атома позволила объяснить периодичность химических свойств. В таблице Менделеева каждому элементу присвоено порядковое число. Это число возрастает на единицу при переходе к следующей клетке таблицы. В результате работ ряда ученых выяснилось, что порядковый номер элемента в таблице Менделеева — это величина положительного заряда атомного ядра. Поскольку же в незаряженном атоме положительному заряду ядра соответствует число электронов, то атомному номеру соответствует в таких незаряженных атомах и число электронов.