ЗАКОН МЕНДЕЛЕЕВА

ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ВСЕЛЕННАЯ

Акон Менделеева явился могучим помощником чело­века в познании природы. И в первую очередь он по­казал материальное единство вселенной.

Из каких химических элементов состоят различные окружающие нас тела — воздух, вода, земля, горные по­роды, растения и животные? Из чего состоят Солнце и звёзды?

Эти вопросы давно интересовали человека.

Уже в прошлом веке были произведены детальные анализы многочисленных горных пород, составляющих земной шар. Результат оказался неожиданным. При всём разнообразии встречающихся в земной коре горных пород оказалось, что они состоят главным образом из немногих химических элементов — кремния и кислорода, железа и алюминия, кальция и магния, натрия и калия и некоторых других. Эти элементы входят в состав земной коры в виде соединений с кислородом.

Более всего в составе земной коры (до глубины 16 ки­лометров) кислорода; он составляет около 50 процентов всего её вещества. Четвёртую часть коры земного шара занимает кремний. Около семи-восьми процентов её веще­ства по весу падает на долю алюминия и около четырёх — на долю железа. Магний, кальций, калий и натрий, вместе взятые, составляют немного более 10 процентов от массы земной коры; и всего несколько процентов вещества зем­ной коры состоит из остальных восьми десятков химиче­ских элементов. Некоторые из этих элементов, такие, как железо, олово, медь, хром, никель и другие, находятся в земле в виде рудных скоплений — рудных залежей.

Другие элементы рассеяны в земной коре.

К таким относятся, например, скандий, гафний и дру­гие. Эти элементы носят название «редкие», хотя общее количество таких «редких» элементов в земле не так уж мало. Часто их больше, чем обычных, «нередких» элемен­тов. Так, «редкого» элемента циркония в земной коре во много раз больше, чем свинца.

«Редкими» такие элементы называют потому, что они рассеяны в земле и извлечение их из горных пород — очень трудоёмкое дело [1]).

С глубиной процентное содержание химических эле­ментов меняется. Увеличивается содержание железа и магния, уменьшается количество кислорода, натрия, ка­лия, алюминия, кремния.

Изучением распространения и истории химических эле­ментов в земной коре занимается особая наука — гео­химия.

Очень «беден» химический состав веществ и органи­ческого, «живого» происхождения. Десятки тысяч разно­образнейших органических тел природы состоят главным образом из 6—8 веществ — углерода, азота, кислорода, водорода и некоторых других.

Был определён и состав воздуха. Главными состав­ными его частями являются азот и кислород (помимо этих элементов, в составе воздуха находятся газы аргон, неон, гелий, криптон, ксенон и углекислый газ).

Таким образом, химические элементы, которые входят в менделеевскую таблицу, образуют разнообразные веще­ства живой и неживой природы.

В настоящее время химикам хорошо известно, напри­мер, какие химические элементы входят в состав тел жи­вотных. И здесь, оказывается, мы встречаемся с теми же элементами — с кислородом и углеродом, с азотом и каль­цием, серой и фосфором, с натрием и калием.

В прошлые века многие из учёных полагали, что тела живой и неживой природы — это несравнимые вещи. Одно дело, например, «мёртвый» камень и совсем дру­гое — какой-нибудь растительный или животный орга­низм. Камень и любое другое тело неживой природы можно научиться создавать искусственным путём. Полу­чать же искусственно вещества живой природы якобы не­возможно, так как в их создании участвует особая «жиз­ненная сила».

Такие взгляды особенно рьяно поддерживала церковь. Она видела в них подтверждение существования бесте­лесной, таинственной и неуловимой души.

Наука опровергла эти ненаучные взгляды. Около 130 лет назад была впервые искусственно получена моче­вина — вещество, которое до того создавалось только жи­выми организмами.

А немного позже известный русский химик Н. Н. Зи­нин разработал получение из бензола основы красите­лей — анилина. Раньше анилин получали из природного красителя — индиго.

В наши дни химики создают искусственным путём не только многие сотни веществ «живого» происхождения, но получают и такие органические вещества, которых не создаёт живая природа!

Материальное единство окружающего нас мира теперь доказано наукой. Все многочисленные тела как живой, так и неживой природы состоят из мельчайших материальных частичек — атомов различных химических элементов. Их взаимосвязь определяется великим законом природы — периодическим законом Д. И. Менделеева.

Но возникает ещё один интересный вопрос: из какого вещества, из каких элементов состоят небесные тела, звёзды и планеты? Справедлив ли закон Менделеева и для вселенной?

Современная наука даёт ответ и на этот вопрос. Да, справедлив.

Уже издавна люди наблюдали падение на землю «не­бесных камней» — метеоритов.

Естественно, что очень интересно выяснить, из каких химических элементов состоят «небесные камни».

Многочисленные анализы метеоритов, как камен­ных, так и железных, показали, что вещество, по­падающее к нам из глубин вселенной, состоит из тех же химических элементов, которые объединяет таблица Менделеева.

Ни одного нового, неизвестного нам на земле элемента в составе метеоритов нет!

Определён теперь и состав раскалённых небесных тел — солнца и звёзд. Об этом человеку рассказали лучи света, приходящие на Землю от далёких звёзд.

В середине прошлого века философ-идеалист О. Конт, пытаясь доказать, что наше познание природы ограни­чено, приводил такой пример: человек никогда не узнает, из чего состоят звёзды и солнце, какова температура этих небесных тел и т. д. Ведь солнце и звёзды — это рас* калённые небесные тела. Если даже предположить, что в

Рис. 3. Стеклянная призма разлагает белый свет на цветные лучи.

Отдалённом будущем люди построят межпланетные лета­тельные аппараты, они всё равно не смогут приблизиться к поверхности солнца и звёзд, так как температура этих небесных тел очень высока.

Наука опровергла ложные доводы этого философа.

Всего несколько лет спустя после этого высказы­вания Конта был открыт новый плодотворный спо­соб исследования небесных тел — спектральный анализ.

Сущность этого способа, коротко говоря, состоит в следующем: белый свет, который мы наблюдаем в жизни, при определённых условиях разлагается на цветные лучи. В этом можно убедиться при помощи очень простого опыта.

Поставьте на пути луча света кусок стекла, имеющий вид клина, так называемую трёхгранную призму (рис. 3).

Проходя через такую призму, свет меняет своё прямоли­нейное направление или, как говорят, преломляется в ней и одновременно разлагается на составляющие его цветные лучи. Образуется так называемый спектр цвет­ных лучей. В спектре принято выделять семь цветов: крас­ный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фио­летовый, переходящие друг в друга.

Объясняется это явление тем, что лучи разных цветов по-разному преломляются в трёхгранном куске стекла — менее других отклоняются в призме красные лучи, более всех других лучей — фиолетовые.

Изучая спектры света от различных источников, учё­ные обнаружили одну замечательную их особенность. Свет, который исходит от раскалённых твёрдых и жидких тел, даёт всегда сплошной спектр, т. е. цветные лучи - полоски следуют в нём друг за другом и всегда в одном и том же порядке.

Но совсем иной спектр получается, если свет ис­пускают раскалённые пары какого-либо вещества. Этот спектр состоит из тонких цветных линий, разделённых тём­ными полосками. Такой спектр называется линей-

Ч а т ы м.

И вот оказывается, что каждый химический элемент имеет свой, отличный от других линейчатый спектр. Например, раскалённые пары натрия дают спектр, состоящий из двойной жёлтой линии; в спектре паров элемента лития имеются характерные — одна красная и одна оранжевая — линии; раскалённые пары калия пока­зывают две характерные линии — красную и фиолето­вую и т. д.

Открытие этой замечательной особенности — способ­ности веществ давать свой, отличный от других спектр излучения, когда они находятся в состоянии раскалён­ных газов, и явилось основой необычайно чувствительного спектрального анализа[2]). С помощью этого способа ис­следования в первые же годы его применения было от­крыто несколько новых, ранее неизвестных химических элементов (в том числе упомянутый ранее галлий). Эти элементы встречаются только в рассеянном состоянии. По­этому ранее они ускользали от внимания исследователя. Способ спектрального исследования тел природы позво­лил обнаруживать миллионные и миллиардные доли грамма вещества.

Каждое новое простое тело давало о себе знать новым сочетанием цветных линий в спектре, новым линейчатым спектром.

Спектральное исследование лучей света, идущих от не­бесных тел, и позволило определить, из каких элементов состоят звёзды.

Ещё до открытия линейчатых спектров было замечено, что спектр солнечных лучей, который долгое время счи­тали сплошным, на самом деле не сплошной, а пересе­кается множеством тонких тёмных линий.

Разгадка этих линий была найдена после открытия спектрального анализа. Оказывается, тёмные линии об­разуются в спектре потому, что свет на своём пути про­ходит через несветящиеся пары некоторых элементов. Так, например, если свет проходит через охлаждён­ные пары калия, то в сплошном спектре, в местах, где располагаются цветные линии этого элемента — крас­ная и фиолетовая,— появятся соответственно две тёмные линии.

Такие спектры, состоящие из тёмных линий на фоне цветных полос, называют спектрами поглощения.

Спектры поглощения и помогли узнать состав небес­ных тел.

Изучение спектра поглощения солнечных лучей пока­зало, что солнечный свет проходит на своём пути через более холодные пары очень многих химических элемен­тов — железа, водорода, гелия, натрия, кальция, кремния и других.

Возник вопрос: где же находятся эти пары? Дать на него ответ не представляло трудности. Известно, что в атмосфере Земли нет паров всех тех элементов, о кото­рых говорит солнечный свет. Не могут эти элементы на­ходиться также в межзвёздном пространстве, и вот по какой причине. Спектры поглощения света, идущего от разных звёзд, различны. Значит, свет разных звёзд встречает на своём пути к Земле разные химические эле­менты (в виде охлаждённых, несветящихся паров). От­сюда ясно, что все те химические элементы, о которых говорят солнечный свет и свет звёзд, находятся в виде паров у самого Солнца, у самой звезды в их внешних, бо­лее холодных слоях. Обнаруженные исследованием эле­менты должны, следовательно, входить в состав этих не­бесных тел.

Изучение спектров солнечного света показало, что ат­мосфера Солнца состоит в основном из паров таких хи­мических элементов, как натрий, железо, кальций, крем­ний и другие. Более плотная часть атмосферы Солнца — хромосфера — содержит в себе главным образом водо­род, а также гелий.

Изучение спектров небесных тел с неопровержимой убедительностью доказало материальное единство все­ленной. Многочисленные спектры Солнца, звёзд, туман­ностей показали, что ни на одном из небесных тел нет таких элементов, которые были бы неизвестны нам, жи­телям Земли, нет элементов, которые не входят в перио­дическую таблицу элементов Д. И. Менделеева. Так, в на­стоящее время на Солнце найдено уже более 60 химиче­ских элементов и все они известны нам по таблице Мен­делеева.

Весь звёздный мир, вся вселенная, бесконечно разно­образная, состоит из одних и тех же основных веществ мироздания. Мир, во всём своём многообразии, един по своей природе!

«...рождается вопрос: конечно или бесконечно число элементов?»,— писал Д. И. Менделеев в 1871 году в сво­ей статье «Периодическая законность для химических элементов» и давал на него ответ: «Судя по ограничен­ности и, так сказать, замкнутости системы известных поныне элементов, судя по тому, что в метеорных кам­нях, на солнце и звёздах существуют те же элементы, какие мы знаем, судя по тому, что при высоком атомном весе сглаживаются... свойства элементов... можно думать, что число доступных нам элементов очень ограничено, и если существуют немногие новые тяжёлые элементы внутри массы земли, то число и количество их очень ограничено».