Джон Ньюлендс

в истории учения о периодичности

Он родился в Лондоне 26 ноября 1837 г. Отец, Уильям Ньюлендс, шотландский священник, не хотел, чтобы сын, Джон Александер Рейна, следовал по его стопам. И подготовил его к поступлению в химический колледж. Мать, Мэри Сара Рейна, итальянка, привила сыну любовь к музыке.
Химик-экспериментатор Джон Александер мало чем интересен истории. Он не получил ни одного нового химического соединения, не открыл новой химической реакции. На родине он был известен как специалист в области сахароварения: в технологический процесс приготовления сахара внес некоторые усовершенствования. На склоне лет Дж.Ньюлендс совместно с братом опубликовал монографию по получению и очистке сахара.

Однако ни один учебник по химии на тех страницах, где речь касается учения о периодичности свойств химических элементов, не преминет упомянуть Ньюлендса в качестве одного из предшественников Дмитрия Ивановича Менделеева на пути к открытию периодического закона. Именно причастностью к обнаружению фундаментальной закономерности природы Джон Александер и занял должное место в истории естествознания. Впрочем, он был не одинок. В качестве других предшественников рассматривались француз А.Бегье де Шанкуртуа, англичанин У.Одлинг, немец Л.Мейер. Ньюлендс – особенно в Великобритании – считался тем исследователем, приоритетные претензии которого имели наиболее весомые основания.
Получив образование в колледже, он в 1857 г. становится ассистентом химика в Королевском сельскохозяйственном обществе. Однако в его судьбе под непосредственным влиянием матери происходит неожиданный поворот. На ее родине, в Италии, победу за победой одерживает освободительное движение во главе с Джузеппе Гарибальди. Мать уверена: место сына в рядах гарибальдийцев.
В начале 1860 г. Ньюлендс оказывается в Италии, где познакомился со Станислао Канниццаро – одним из реформаторов атомно-молекулярного учения. Это он произнес в начале сентября 1860 г. знаменитую речь на Международном химическом конгрессе в немецком городе Карлсруэ. Насколько тесным было непосредственное общение между Канниццаро и Ньюлендсом, можно только предполагать. Однако оно не могло не повлиять на Ньюлендса: атомно-молекулярное учение привлекло его пристальное внимание.
Что послужило непосредственным толчком к попыткам Ньюлендса заняться систематизацией химических элементов? В начале 1864 г. журнал «Chemical News» опубликовал анонимную статью, автор которой утверждал, что атомные веса элементов, за некоторыми исключениями, с большей или меньшей точностью кратны восьми. Очевидно, рассуждал Ньюлендс, должны быть кратны восьми и разности атомных весов в ряду по мере возрастания последних. Чтобы это проверить, он составил таблицу, в которой расположил все известные элементы в порядке увеличения их атомных весов (по данным системы Канниццаро) и вычислил разности в весах ряда соседних элементов. Но только в одном случае эта разность была равна восьми.
Следовательно, мнение анонимного автора оказалось ошибочным. Ньюлендс решил продолжить исследования. В статье, датированной 20 августа 1864 г., он заметил, что наблюдается периодическое появление в ряду химически сходных элементов. Он приписал каждому элементу, начиная с водорода, номер, причем если элементы имели одинаковые веса, то – один и тот же номер. Ньюлендс расположил элементы в виде таблицы, фрагмент которой приведен на рис. 1.

Рис. 1. Система Ньюлендса (1864)

В этой же статье он сделал вывод: «Разность в номерах наименьшего члена группы и следующего за ним равна семи; иначе говоря, восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке…»
Так впервые была высказана идея о периодичности изменения свойств элементов.
Спустя год, 18 августа 1865 г., Ньюлендс опубликовал систему элементов, назвав ее «законом октав», который формулировался следующим образом: «Номера аналогичных элементов, как правило, отличаются или на целое число семь, или на кратное семи; другими словами, члены одной и той же группы соотносятся друг с другом в том же отношении, как и крайние точки одной или больше октав в музыке» (рис. 2).

Рис. 2 Таблица, иллюстрирующая «закон октав» (1865)

Однако публикации Ньюлендса не привлекли внимания. Научное сообщество равнодушно относилось к довольно многочисленным попыткам нахождения всякого рода закономерностей среди атомных весов элементов.
Истории не чужды неожиданные хронологические параллели: в этом отношении дата 1 марта занимает подходящее место. В 1869 г. Дмитрий Иванович Менделеев завершил разработку таблицы «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» (этот день обычно связывается с открытием периодического закона). Тремя годами ранее в тот же день Джон Александер Ньюлендс изложил результаты своих работ по систематизации химических элементов, чем он занимался на протяжении предшествовавших лет. Доклад под названием «Закон октав и причины химических соотношений среди атомных весов» он сделал на заседании Лондонского химического общества. Краткий отчет о заседании опубликован в журнале «Сhemical News», основателем которого был (1855) знаменитый физикохимик Уильям Крукс. Журнал отличался тем, что первым оповещал о важнейших химических достижениях.
Вот что, в частности, отмечалось в отчете: «Ньюлендс заявил об открытии закона, согласно которому сходные по свойствам элементы обнаруживают особые соотношения, аналогичные соотношениям в музыке ноты и октавы. На основе атомных весов системы Канниццаро автор располагает известные элементы в виде
непрерывного ряда, начиная с наименьшего атомного веса (водорода) и кончая торием (=231,5), помещая, однако, никель и кобальт, платину и иридий, церий и лантан и т.п. в положение абсолютного равенства… Расположенные таким образом 56 элементов образуют диапазон восьми октав…»
Известно, что какого-либо обсуждения менделеевского «Опыта системы…» в Русском химическом обществе так и не состоялось. Обсуждение же доклада Ньюлендса в Лондонском химическом обществе имело место, однако не представило особого интереса, хотя стоит отметить ехидное замечание Дж.Фостера. Он вопрошал докладчика, не пробовал ли тот располагать элементы в порядке начальных букв их названий и не обнаружил ли при этом каких-либо закономерностей? В ответе оппоненту Ньюлендс, игнорируя насмешку, заметил, что испробовал несколько других схем, прежде чем прийти к предлагаемой: «По-видимому, трудно построить какое-либо иное расположение, основанное на численных данных, которое могло бы свести… элементы в более тесную связь, чем расположение, которое я выбрал…»
Полный текст доклада Ньюлендса так и не был напечатан по той причине, что общество «взяло за правило не публиковать статьи чисто теоретического содержания, так как было похоже, что это приведет к корреспонденции дискуссионного характера». Видимо, это была лишь отговорка, поскольку выступление Ньюлендса вызвало критику.
После 1866 г. Ньюлендс не предпринимал попыток дальнейшей разработки своей систематики. Лишь спустя почти десятилетие (1875) он опубликовал несколько работ.
В частности, Ньюлендс впервые предложил термин «порядковый номер» (ordinal number) элемента в естественном ряду от водорода (H = 1) до урана (U = 240); всего в то время было известно 63 элемента. Ученый не вкладывал в понятие порядковых
номеров никакого физического смысла и даже не закреплял их за определенными элементами. Его порядковые номера играли роль своего рода «масштабной шкалы» для выражения «закона октав». В то же время Ньюлендс выражал уверенность: «Все наши рассмотрения порядковых номеров применительно к различным элементам, вероятно, будут исправлены в свете будущего знания. Возможно, есть элементы, имеющие атомные веса настолько большие атомного веса урана, насколько уран выше водорода, и, с другой стороны, могут быть элементы, имеющие атомные веса настолько меньшие атомного веса водорода, насколько водород ниже урана».
Эти слова были написаны в 1878 г., уже после того, как периодический закон и периодическая система Менделеева получили достаточно широкую известность в научном сообществе. Ньюлендс, несомненно, был знаком с основными работами русского ученого по периодичности, опубликованными в 1869–1871 гг. В приведенной выше фразе выражена уверенность, что общее число существующих элементов неизвестно, а водород и уран не могут рассматриваться как окончательные нижняя и верхняя границы системы соответственно.
В 1868–1886 гг. Ньюлендс работал на сахарорафинадном заводе и по существу не принимал участия в каких-либо научных заседаниях и собраниях, лишь изредка публикуя статьи. Тем не менее он рассматривал себя в качестве автора, открывшего периодический закон. Еще 27 июня 1873 г. он обратился в Лондонское химическое общество с просьбой дать формальное подтверждение его права на приоритет открытия закона. В то время председателем общества состоял Уильям Одлинг. Он также интересовался проблемой систематики элементов и опубликовал несколько таблиц. Поддержки со стороны химиков работы Одлинга почти не встретили, хотя историки науки причисляют его также к предшественникам Менделеева. Возможно, неудовлетворенность Одлинга непопулярностью собственных работ стала одной из причин отклонения им претензий Ньюлендса.
В 1884 г. Ньюлендс выпустил книгу «Об открытии периодического закона и об отношениях между элементами», в которой собрал свои основные статьи. Вероятно, это издание в конце концов повлияло на решение Лондонского Королевского общества в 1887 г. присудить Ньюлендсу одну из самых почетных наград того времени – медаль Дэви: «за открытие периодического закона химических элементов». Между тем пятью годами ранее этой награды были удостоены Д.И.Менделеев и Л.Мейер: «За открытие периодических соотношений атомных весов…»
С точки зрения истории учения о периодичности присуждение Ньюлендсу медали Дэви выглядит неоправданным. Тем более что два года спустя, в 1889 г., Лондонское химическое общество именно Менделееву предоставило честь выступить на Фарадеевских чтениях с лекцией «Периодическая законность химических элементов».
Неоспоримой заслугой Ньюлендса является то, что он действительно впервые констатировал факт периодического изменения свойств химических элементов, нашедший отражение в «законе октав», и ввел понятие «порядковый номер», смысл которого был раскрыт почти полвека спустя.
В заключение следует сказать несколько слов об отношении Менделеева к Ньюлендсу. Так, в восьмом издании «Основ химии» (1905) он писал: «Считаю необходимым сказать, что в своем построении периодической системы элементов я пользовался трудами прежних исследователей: Дюма, Гладстона, Петтенкофера, Кремерса и Ленссена – об атомных весах сходных элементов, но мне были неизвестны предшествовавшие моим: de Chancourtois… и J.Newlands… хотя в этих трудах видны некоторые зародыши периодического закона». Это было своего рода заключительное мнение Менделеева. Между тем еще в 1880 г. в работе «К истории периодического закона» можно прочитать следующее: «…английские журналы… утверждают, что Newlands в 1864 г. ... дал до меня закон, сходный с периодическим. Я не видел этого года издания Chem. News и не мог до ныне его достать…» В своем выступлении на Фарадеевском чтении (1889) Менделеев подчеркивал, что несколько исследователей и в том числе Ньюлендс «стояли впереди всех на дороге к периодическому закону и им недоставало только решимости поставить дело на подобающую высоту, с которой видны закон и рефлексы закона на факты».
То, что периодическая законность была «...высказана с определенностью лишь к концу 60-х годов, то этому причину, по моему мнению, должно искать в том, что сравнению подвергали только элементы, сходственные между собой. Однако мысль сличить все элементы по величине их атомного веса… была чужда общему сознанию…» – замечал Менделеев. Это «сличение» выпало на его долю и стало одной из решающих причин открытия им периодического закона.
Русский химик Л.А.Чугаев писал, что при всех своих несовершенствах «таблица Ньюлендса, бесспорно, является одним из любопытнейших документов в истории развития периодического закона».

Д.Н.ТРИФОНОВ