Пожалуй, больше всего загадок в современной менделеевской таблице приходится на ее последний, седьмой, период. Этот период особый. Его начала создавать природа, а завершать пришлось человеку. Все элементы седьмого периода радиоактивны. Стабильных в нем нет. Интересно, что во времена Менделеева вообще химикам не было известно ни одного элемента, подходящего своими свойствами для седьмого периода. Этот период был целиком предсказан Менделеевым. Он начинается с экацезия (№ 87), затем идут экабарий (№ 88) и экалантан («N° 89), для тория и урана Менделеев предсказал правильные атомные веса. Между ними он оставил место для экатантала (№ 91). Уверенность великого ученого в истинности открытого им закона была так велика, что он даже предусмотрел в таблице пять мест для элементов тяжелее урана. Эти места теперь занимают трансураны— искусственно созданные человеком элементы. Но теперь их известно уже 12. Последний — 104-й.
Как же построен седьмой период? На этот очень важный для химии вопрос теория пока еще не может дать ответ. Его можно выяснить,только изучая оптические и химические свойства элементов.
Большинство исследователей в настоящее время придерживается мнения, что седьмой период менделеевской системы сходен с предыдущим — шестым. В нем снова повторяется постепенное заполнение f-электронами орбит, глубоко расположенных в третьей, считая снаружи, O-оболочке. В нем поэтому тоже должна быть группа из пятнадцати элементов-близнецов, сходных между собой и со своими собратьями из шестого периода — лантаноидами. Так и принято теперь изображать седьмой период менделеевской таблицы. В нем элементы с № 89 и по № 103 выделяются в обособленную группу актиноидов.
Однако в современном построении таблицы все еще остаются следы сомнений и неуверенности ученых. Очень сложными и запутанными оказались химические свойства актиноидов. Первые из них: актиний, торий, протактиний и уран — тяготеют химическими свойствами к местам, отведенным для них еще Менделеевым. Зато последние из них — трансураны, по-видимому, ведут себя в точности как их собратья по предыдущему периоду — лантаноиды. Это замечательное сходство и помогло ученым и их сложной работе: в создании новых для таблицы элементов — в синтезе трансуранов.
Если теория объясняет — делает ясным то, что долго было непонятным и загадочным, это, конечно, ее несомненное достоинство. Впрочем, пожалуй, иначе ее и нельзя было бы назвать теорией. Но главное, на чем испытывается истинность теоретических представлений, — это способность теории предвидеть, предсказывать неизвестное.
Величайшим историческим примером этого должна быть, конечно, признана сама теория о существовании периодичности свойств химических элементов. В ней, как в зародыше, были заложены все великие открытия науки о веществе и его строении, достигнутые человечеством за последующее столетие.
Одним из больших достижений физики может быть названа и теория строения атома и его электронных оболочек. Созданная на основе менделеевской таблицы, эта теория сделала ясным очень многое из загадочного и непонятного в свойствах вещества. Но этого мало. Истинность наших теоретических представлений о строении атома наиболее полно раскрывается в том, что на их основе ученым удалось предсказать многое, чего наука еще не знала. В качестве примера можно указать на очень интересную историю элемента № 72.
Ни из периодического закона, ни из теории строения атома не следует, что элементы нулевой группы — благородные газы, эти химические «ленивцы»,— вообще не способны вступать в реакции химического взаимодействия с другими элементами. Теория только указывает на исключительную прочность внешних электронных оболочек у этих «безразличных ко всему на свете» элементов: гелия, неона, аргона, криптона, Ксенона и радона. Из теории вытекает лишь их высокая химическая инертность.
Это полностью соответствует их свойствам. В обычных условиях они ни с чем не соединяются. В природе они находятся в свободном состоянии. Они даже не способны образовать свою собственную молекулу. Все это одноатомные газы. Их нормальное состояние — нулевая валентность.
Когда в 1900 г. Д. И. Менделеев и У. Рамзай встретились в Лондоне, оба ученых пришли к убеждению, что к периодической системе нужно для этих бездеятельных элементов добавить еще одну, «нулевую» группу. Такое положение в менделеевской таблице для этих элементов до сих пор общепринято. Оно хорошо характеризует их свойства.
Однако химики никогда не теряли надежду преодолеть химическую «лень» благородных газов и заставить их вступать в химические превращения. Это оказалось чрезвычайно трудной задачей. Решение ее потребовало более 60 лет напряженной самоотверженной работы.
В атоме первого элемента таблицы Менделеева — водорода только один s-электрон. Немногие вещества обладают такой химической активностью, как атомарный водород. Именно благодаря примеси свободных атомов водород в момент выделения из связывающих его соединений (in statu nascendi, как говорили еще древние алхимики) обладает удивительной способностью к самым разнообразным химическим превращениям.
Сосед водорода по таблице — гелий. В его атоме на одной орбите два s-электрона. Обратите внимание на то, что оба эти электрона, образующие гелиевую орбиту,— спаренные. Они вращаются в разные стороны, каждый вокруг своей оси. Два таких электрона и придают несокрушимую прочность атому гелия.Два атома водорода соединяются в одну молекулу, и при этом в очень прочную молекулу. За счет пары электронов эти атомы образуют гелиеподобную, общую для обоих атомов, орбиту.
Гелий, как и другие благородные газы, в атомах которых все электроны спаренные, почти не способен образовывать молекулы. В свободном газообразном состоянии он существует в виде отдельных атомов.