У четвертого по порядку элемента – бериллия – во втором слое прибавляется еще один электрон, то есть всего там их оказывается два.
У бора с его зарядом ядра, равным пяти единицам, во втором слое будет три электрона;
Углерод будет иметь во втором слое четыре электрона, азот – пять электронов, кислород – шесть, фтор – семь, неон – восемь. Этим достигается предел заполнения второго слоя электронной оболочки.
Таким образом, в атоме неона, как и в атоме гелия, ядро окружено законченными слоями электронной оболочки. Эта замкнутость слоев затрудняет отрыв какою-либо электрона от электронной оболочки и тем самым затрудняет вовлечение атома в какое-либо химическое соединение. И действительно, мы знаем, что и гелий и неон сходны по своей химической инертности.
Дальше, следуя за развитием менделеевских идей, мы переходим к новому периоду системы, который начинается с натрия (заряд ядра равен одиннадцати). Одиннадцатый электрон здесь уже не умещается ни в первом, ни во втором слое. Поэтому он размещается в третьем слое. Таким образом, у натрия и у его ближайшего родственника по Периодической системе – лития – в наружном слое имеется по одному электрону (у лития во втором слое, у натрия – в третьем). Это определяет родство химических свойств этих элементов, жадно соединяющихся с кислородом, и т. д.
Магний, у которого в третьем слое оказывается два электрона, именно поэтому подобен бериллию, алюминий аналогичен бору, кремний – углероду и т. д. и т. п.
В 1922 году снова Периодическая система послужила плацдармом для рывка науки вперед. Вдохновленный примером гениального русского ученого, на основании уточненной закономерности Периодической системы, Нильс Бор предсказал свойства не открытого к тому времени элемента, который должен был занимать 72-ю клетку таблицы.
Его уже давно искали, этот неизвестный элемент. Но искали в лантановых рудах, считая, что он химически близок к лантану.
Бор сравнил строение электронных оболочек атомов лантана и неизвестного 72-го элемента и увидел, что прежние поиски были основаны на ошибке. Расчеты показывали, что 72 электрона в атоме неизвестного элемента должны быть расположены так, что ближе всего будут напоминать расположение электронов в атоме элемента циркона. Следовательно, искать надо неизвестный элемент в минералах, которые содержат в себе циркон. Бор поручил голландскому физику Костеру и венгерскому химику Хевеши, работавшим под его руководством, раздобыть циркониевые минералы и поискать в них элемент 72. По указанию Бора 72-й элемент был отыскан и назван гафнием в честь города Копенгагена, где находится лаборатория Нильса Бора (от латинского названия этого города – Гафния).
Так Периодический закон Менделеева, непрерывно вдохновлявший мысль исследователей, призывавший их к раскрытию сокровенных тайн вещества, еще и еще раз подтвердил свое значение основного, глубочайшего закона природы.
В 1920 году величина заряда ядра была измерена уже прямыми экспериментами, полностью подтвердившими ее совпадение с порядковым номером атома в системе Менделеева. Развитие этих открытий привело к важнейшим событиям в физике атома. Советские физики-теоретики Д. Д. Иваненко и Е. Н. Гапон в 1932 году нашли физическое истолкование величины заряда ядра. Оказалось, что она определяется числом протонов в ядре. Крупнейший вклад в развитие теории атома в связи с Периодической системой был сделан советской физикой в 1942 году, когда профессор А. П. Жданов открыл явление полного распада атомного ядра на его составные части под действием космических лучей. Этим экспериментально были подтверждены представления Иваненко и Гапона, так как Жданов получил возможность непосредственно подсчитать число протонов, входящих в ядро (он проделал эти подсчеты на ядрах серебра и брома).
Таким образом, дальнейшее развитие науки, проходившее под знаком Периодического закона, позволило нам понять, что древнейшая проблема, волновавшая еще алхимиков,-проблема превращения одного элемента в другой, сводится всего-навсего к изменению в ядре числа протонов-положительно заряженных элементарных частиц. Точно так же, изменяя число других крепко упакованных в ядре строительных «блоков» – нейтральных простейших частиц, называемых нейтронами, принципиально мы можем получать разновидности атомов одного и того же элемента, отличающиеся друг от друга лишь сбоим весом – так называемые изотопы. Практически эта задача была решена, когда был найден достаточно мощный таран, которым удалось ударить в атомное ядро, разломать его или отбить от него кусочек. С открытием этой возможности родилась новая область физики, которую часто называют «ядерной химией», или «новой алхимией», потому, что она изучает различные взаимные превращения элементов, которые некогда считались «вечными» и «неизменными». И во все уравнения этой ядерной химии (одной из побочных ветвей которой является добывание внутриядерной энергии, освобождающейся при ядерных превращениях) входит решающей важности число, обозначенное в скрижалях науки еще рукой Менделеева. Это «число Менделеева» – порядковый номер элемента в периодической таблице, или, что то же, число, обозначающее величину заряда атомного ядра этого элемента. Все преобразования атомных ядер сводятся к изменению этого числа, к передвижению преобразуемых атомов из одной клетки Периодической системы в другую.
Значение Периодической системы в развитии современной науки об атоме далеко еще не исчерпано. Еще не создана полная теория происхождения и распространения элементов Периодической системы, в разработку которой большой вклад сделала школа советских геохимиков – академиков В. И. Вернадского и А. Е. Ферсмана.
Ученые еще не знают природы сил, связывающих тяжелые частицы (определяющие атомный вес) с зарядом атома, то есть его атомным номером. Мы являемся сейчас свидетелями нового штурма этой крепости знания, который предпринят советскими исследователями, изучающими глубины атома. Можно рассчитывать, что новый свет на эту проблему, поставленную Менделеевым еще в 1869 году, прольют выдающиеся исследования, предпринятые в СССР известными советскими физиками А. И. Алиханяном и А. И. Алихановым и приведшие к открытию варитронов – целой серии элементарных, простейших частиц, «кирпичей мироздания»- своего рода периодической системы частиц. Быть может, в мире ядерных частиц этой «периодической системе» суждено сыграть роль, в некоторой степени аналогичную той, которую сыграла первооснова этой системы в химии.
Так, крупнейшие достижения современного знания оказались следствием гениальных открытий Дмитрия Ивановича Менделеева.
