Правило великих кларков
Всі особливості поведінки хімічних елементів визначаються в кінцевому рахунку періодичним законом. Чи не виявиться чи в періодичній таблиці з більшою ясністю, ніж при простому звіряння двох рядів цифр, залежність між черговістю відкриття елементів і їх поширеністю в земній корі?
Почнемо з самого початку таблиці, з групи Ia. Серед лужних металів першими були одночасно відкриті натрій і калій, третім - літій, четвертим - цезій, п'ятим - рубідій, шостим - францій. А ось послідовність кларков: натрій, калій, рубідій, літій, цезій, францій. Єдиний порушник точної відповідності черговості в цій групі - рубідій. Не дуже серйозний, оскільки, пропустивши без черги два елементи, він все ж потрапив в "вилку" між найбільш поширеними лужними металами і найменш поширеними.
Перевіримо групу IIa. Черга відкриттів: кальцій, магній, барій, стронцій, берилій, радій. Послідовність кларков: кальцій, магній, барій, стронцій, берилій, радій. Відповідність повне.
Група IIIa. Ta ж картина, що й у першій групі, - є один невеликий порушник - галій.
А ось з групи IVa починається безлад. Всі елементи, виявлені в давнину, - вуглець, олово, свинець, - влізли в таблицю без черги.
У групі Va чергу не дотримувалися відомі з доби середньовіччя миш'як, сурма, вісмут.
Цікаве становище в групі VIa. Єдиний древній елемент цієї групи, сірка, звичайно ж, слідуючи незрозумілою традиції, виявився порушником, зайнявши належне кисню перше місце. А селен став порушником "другого сорту", подібним рубідій і галію.
У групі VIIa долю дрібних порушників - селену, заліза, галію - розділив бром.
У групі VIIIa - відносний порядок. Першим був відкритий гелій; хоча в земній атмосфері його менше, ніж аргону і неону, але на Сонце, де гелій був виявлений, його набагато більше, ніж інших благородних газів. Кілька порушує черговість неон - в принципі так само, як рубідій і подібні йому другорядні порушники в своїх групах.
Перейдемо від головних груп до побічних.
У групі 16, повністю представленої стародавніми елементами - міддю, сріблом, золотом, як і слід було очікувати, повний безлад.
У групі 116 черговості кларков не підкоряється древня ртуть.
Зате всі наступні групи "б" поводяться цілком пристойно: в них тільки два винятки - хром і платина. Зрозуміло, якщо не говорити про лантаноидах і актиноїди, що займають в періодичній таблиці особливе місце. Втім, лантаноїди в цілому теж поводяться не так уже й погано: першим був відкритий найбільш поширений церій, а останнім - короткоживучий прометий. Та й актиноїди теж - спочатку були відкриті найбільш поширені уран і торій, потім, з великим відривом, актиній і протактиний, а вже потім штучні трансуранові елементи.
Отже, черговість відкриттів елементів в групах періодичної системи загалом відповідає поширеності елементів. Цією закономірності більш-менш підпорядковуються 94 з нині відомих 107 елементів. Тільки 13 елементів є винятком.
Черговість відкриття елементів (цифра зліва) і послідовність кларков в порядку убування (цифра праворуч). Для благородних газів приведена послідовність змісту в повітрі в порядку убування
Правило "широкої спини"
Перш ніж розглядати виключення, звернемося до дрібних порушників. Ось елементи, які, підкоряючись правилом великих кларков, все ж проявили деяку недисциплінованість: рубідій, галій, селен, бром, неон, торій, Тулій, самарій, гадоліній, діспрозій. Всі вони "запізнилися на роботу" - були відкриті кілька пізніше, ніж належало б, судячи з їх Кларк. Рубідій повинен був відкритися людям до літію і цезію, а не після них, галій - до талію і індію, селен - до телуру і т. Д.
Пошукаємо причину затримки. Згадаймо, наприклад, історію відкриття рубідію. У мінеральних водах німецьких курортів рубідію було набагато більше, ніж цезію, але Бунзен і Кірхгоф спершу виявили цезій, а рубідій ще цілий рік вдавалося ховатися в калієвої фракції. Він запізнився тому, що занадто схожий па набагато більш поширений калій.
He ця причина викликала і інші дрібні порушення? Вона сама! Рубідій в своїй групі розташовується відразу ж за калієм, галій - за алюмінієм, селен - за сірою ... Всі вони ховалися за широкими спинами набагато більш поширених і дуже близьких за властивостями елементів.
правило активності
Вже одне те, що з 13 елементів, рішуче відмовилися підкорятися правилу великих кларков, 12 були відкриті в давнину і в середні віки, свідчить про невипадковий характер цих винятків. Оскільки тут дав осічку кількісний фактор, можна припустити, що в історію відкриттів втрутився фактор якісний.
Найбільша загальна якісна характеристика елемента - це, мабуть, його хімічна активність. Правда, хімічна активність - поняття дещо розпливчасте, оскільки по відношенню до різних речовин хімічна активність даного простого речовини може бути різною. І все ж інтуїтивне уявлення про те, що одні елементи активніші, а інші менш, в общем-то правильно: адже є інертні гази і благородні метали, а є всеїдний фтор.
Але мірі зростання активності металів початок ряду напруг виглядає так: золото, платина, срібло, ртуть, мідь, свинець, олово ...
Але хіба не з цих елементів і майже в такому самому порядку починається історія відкриття металів? Головна закономірність, якій підпорядковуються стародавні та середньовічні елементи, в наявності: найпершими були відкриті метали, що володіють найменшою хімічною активністю. Воно й зрозуміло: чим активніше метал, тим міцніше зв'язується він з іншими речовинами, тим важче зруйнувати цей зв'язок і виділити метал у вільному вигляді.
Від чого і як саме залежить черговість відкриття того чи іншого елемента, розказано в статті. А на малюнку представлена залежність темпів відкриттів від найважливіших досягнень науки і техніки, озброює дослідників новими методами виявлення і виділення елементів. Ця залежність має циклічний характер. Особливо чітко виглядають останні цикли. Повна відсутність відкриттів в шостому десятилітті XIX ст. пояснюється повним вичерпанням можливостей, що були тоді методів - з їх допомогою виявити ховалися рідкісні і розсіяні елементи було неможливо. З глухого кута вивело винахід в 1859 р спектроскопа, а з відкриттям періодичного закону і радіоактивності темпи відкриттів стали ще вище. Однак до початку XX в. майже всі існуючі на нашій планеті в скільки-небудь помітних кількостях елементи були вже відкриті і почався черговий спад; він змінився підйомом лише тоді, коли вдалося знайти способи синтезу штучних ядер
Дрібні порушення порядку з боку ртуті і платини мають, ймовірно, свої пояснення. Пошукаємо їх.
Що стосується ртуті, то тут пояснення лежить на поверхні. У давнину відкрити нову речовину означало не тільки виявити його, але і застосувати до справи. А застосувати насамперед можна було тверді метали. Очевидно, ртуть - єдиний рідкий метал - поступилася місцем у черзі відкриттів твердим металам, з яких можна виготовляти знаряддя і прикраси. І тільки значно пізніше, коли люди навчилися використовувати рідкі - розплавлені - метали, знайшлося справа і для ртуті.
А що з платиною? Перш за все географія: на відміну від інших елементів, відкритих в давнину, помітні її скупчення зустрічаються лише в Америці і Північній Азії. Крім того, на долю платини не могла не відбитися її тугоплавкость: золото плавиться при 1063, мідь - при 1083, а платина - при +1773 ° C. Зрозуміло, спочатку люди могли пристосувати до справи саме легкоплавкие метали.
А географія, крім платини, зіграла фатальну роль ще і в долі хрому. Крокоит, в якому - з 15-річним запізненням - Воклен знайшов хром, зустрічається в краях, віддалених від рано розвинулися центрів цивілізації.
До сих пір ми намагалися розібратися в порушників - металах, але нам належить ще пояснити причини кричущого порушення черзі двома неметалами - вуглецем і сіркою. Може бути, справа в тому, що вуглець і сірка - єдині тверді неметали, які можна знайти на поверхні землі в самородному вигляді (отже, найменш активні)? Вуглець серед всіх твердих неметалів перший за поширеністю, він і відкритий був першим ...
Між іншим, третім серед твердих неметалів був відкритий фосфор - другий за поширеністю. Це як ніби свідчить про те, що в середні століття значення поширеності в процесі відкриття елементів посилилося. Про те ж свідчить взаємна черговість відкриття чотирьох середньовічних металів - цинк, миш'як, сурма і вісмут були відкриті в суворій відповідності з їх кларками. Чи не тому, що їх відкриття відбулося вже тоді, коли мала хімічна активність перестала бути необхідною умовою можливості відкриття, коли хімічний арсенал став набагато більш могутнім, ніж в давнину?