Особо следует рассмотреть состояние проблемы нижней границы периодической системы и структуры ее первого периода. Не было никаких оснований утверждать, что в природе не могут существовать элементы с атомной массой меньше, чем у водорода, и в промежутке между водородом и гелием. Характерно высказывание Д. И. Менделеева, сделанное им в 1902 г.: «Никогда мне в голову не приходило, что именно водородом должна начинаться периодическая система элементов»1. Он (как и ряд других ученых) предполагал и существование легчайшего галогена с атомной массой 3. В качестве вероятных претендентов на роль подобных гипотетических элементов выступали якобы открытые спектральным путем в космических объектах короний, небулий, арконий. С одной стороны, удачная судьба гелия (обнаруженного сначала в 1868 г. на Солнце, а затем в 1895 г. в земных минералах и атмосфере) позволяла надеяться, что и прочие «космические незнакомцы» окажутся реальными химическими элементами.
В 1902 г. появилась работа Д. И. Менделеева «Попытка химического понимания мирового эфира», в которой он рассматривал последний как элемент с минимальной массой атома, не способный к химическим взаимодействиям. Тем самым он пытался решить проблему нижней границы периодической системы, руководствуясь «реальным стремлением замкнуть реальную периодическую систему известных химических элементов пределом или гранью низшего размера атомов, чем я не хочу и не могу считать простой нуль —массы».
Д. И. Менделеев предположил существование двух элементов легче водорода: «Y» (идентичный коронию) и «X» (отождествлялся с мировым эфиром и был назван Д. И. Менделеевым ньютонием). С целью размещения этих элементов в периодической системе ученый трансформировал ее структуру, поместив нулевую группу перед первой и впервые введя понятие о нулевом периоде (куда и был помещен ньютоний). Менделеевская концепция эфира оказалась ошибочной; в конечном счете она была направлена на сохранение сложившихся понятий о химических элементах — понятий, которые нуждались в пересмотре под влиянием новейших физических открытий.
Идея об элементах легче водорода и о нулевом периоде в структуре периодической системы впоследствии многократно использовалась различными исследователями (попытки включения в систему электрона, нейтрона, а позже и некоторых других элементарных частиц). Вместе с тем следует подчеркнуть, что именно Д. И. Менделееву принадлежат единственная, заслуживающая серьезного внимания попытка разрешения проблемы нижней границы периодической системы на элементном уровне представлений о периодичности.
Что касается верхней границы системы, то новые веяния появились вследствие открытия явления радиоактивности.
Само по себе открытие радиоактивности не сразу способствовало возникновению предположений о причинах обрыва периодической системы на уране. Исследователей вначале интересовал лишь факт испускания соединениями урана и тория лучей неизвестной природы, и этот факт никак не связывался с положением названных элементов в таблице Д. И. Менделеева. Но постепенно накапливались данные, которые вели к более глубокому пониманию сущности радиоактивных явлений и их связи с учением о периодичности:
1. Было установлено, что радиоактивность присуща не ториевым и урановым соединениям в целом, а именно урану и торию как химическим элементам. Способность к радиоактивному излучению стала рассматриваться как свойство атома (несколько позднее Э. Резерфорд установил, что радиоактивность есть свойство атомного ядра, однако первоначальные гипотезы о ее сущности исходили из предположений о неустойчивости радиоактивных атомов в целом).
2. Были открыты новые радиоактивные элементы: полоний, радий, радон, актиний. Стало возможным предположение, что элементы в конце периодической системы неустойчивы к радиоактивному распаду, т. е. их атомы нестабильны вследствие их слишком большой массы.
3. Идентификация большого числа радиоактивных веществ сначала создала серьезные трудности для периодической системы; эти трудности, однако, были устранены благодаря открытию изотопии у радиоактивных элементов (см. далее). Здесь следует подчеркнуть, что изотопы одного и того же радиоактивного элемента оказались неустойчивыми б различной степени: одни характеризуются очень малой продолжительностью жизни, другие, напротив, относятся к долгоживущим.
Все эти следствия изучения радиоактивности дали основания по-новому подойти к проблеме верхней границы системы и рассмотреть вопрос о существовании элементов тяжелее урана.
|