Однако, для того чтобы до конца понять стройную систему материальных частиц-элементов, нужно было проникнуть исследовательским взором в глубину атома.

Портрет А. Беккерель

Портрет Антуан Анри Беккерель

В 1896 г. А. Беккерель обнаружил явление радиоактивности. Супруги Пьер и Мария Кюри в 1899—1900 гг., углубив исследование радиоактивности, открыли новые элементы-металлы — полоний и радий — с невиданными свойствами. Эти элементы испускают особое, радиоактивное (как назвали его авторы открытия) излучение и светятся в темноте благодаря энергии, выделяющейся при распаде их атомов. Открытие радиоактивности показало, что атом не является таким стойким образованием, как это представляло подавляющее большинство ученых в XIX в. За счет внутренней неустойчивости радиоактивные элементы могут распадаться и превращаться в другие.

Согласно классической атомной теории, каждый элемент должен иметь только одну определенную атомную массу. Радиоактивные элементы с их многочисленными превращениями привели исследователей к выводу, что один элемент может обладать несколькими различными атомными массами. Однако при этом у него неизменным остается атомный номер, т. е. сохраняется заряд ядра. Периодический закон на этой основе получил новую формулировку:
Свойства элементов, а также форма и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины заряда ядер их атомов.

Супруги Пьер и Мария Кюри

Супруги Пьер и Мария Кюри в лаборатории

Атом состоит из положительного ядра, окруженного облаком отрицательных электронов. Подобие свойств элементов с различным зарядом ядер обусловлено сходством состояний электронов их атомов. Стоит изменить заряд ядра — перед нами другой элемент. Изменяя же число электронов, мы, как правило, получаем заряженную частицу — ион элемента.

Постоянному нарастанию положительного заряда ядер соответствует периодически повторяющееся расположение электронов вокруг ядра. В этом фундаментальность периодического закона. Он является иллюстрацией перехода количества в качество. Постепенное увеличение числа электронов в атомах приводит к качественному скачкообразному изменению химических характеристик элементов. Возникают периоды. Получается как бы спираль, где каждый виток напоминает предыдущий и в то же время отличается усилением или ослаблением каких-то свойств элементов, составляющих данный виток.

В таблице периодической системы Д. И. Менделеева сопоставлены химические антиподы: металлы и неметаллы. В правом верхнем углу находятся неметаллы, возглавляемые фтором, а в левом нижнем виден символ типичнейшего из металлов — франция. Ближе к середине таблицы располагаются элементы, в свойствах которых противоположности как бы сглаживаются. Здесь уже труднее становится различить, где металл, а где неметалл; лишь условно линия, разделяющая их, проходит от бора к астату. Однако периодический закон дает те принципы, которые, как нити Ариадны, позволяют разобраться в лабиринте из более чем сотни элементов, даже если некоторые из них известны только в виде десятка-другого атомов.

Исследование глубин атома

Металлический куб (олово)

По мере развития цивилизации, совершенствования общества, роста потребностей людей, развития науки и техники менялся и усложнялся комплекс свойств, которые вкладывались в понятия "металл" и "металлургия". Сейчас слово "металл" ассоциируется в нашем представлении с веществом твердым, звенящим, обладающим блеском. Если чуть напрячь память, то к этому добавляется способность проводить теплоту и электричество. Для химиков смысл слова становится понятным при выяснении способности веществ вступать в реакции с другими веществами; образовывать оксиды, основания и соли, в которых металл всегда несет на себе положительный заряд.

Под металлургическими качествами подразумевается использование свойств веществ-металлов для нужд техники и, следовательно, различных производств. Необходимо знать, чем в этом случае определяется их ценность и какие параметры металла важны.

Металлы сопровождают человека с самого начала его творческой деятельности. Они помогали преодолевать первоначально враждебные силы природы, а затем вооружали людей для гигантской работы по преобразованию мира. Вместе с развитием цивилизации менялось и представление о металлах: их числе, свойствах, назначении, относительной ценности. История сохранила нам свидетельства о дорогих металлах, которые ныне входят в число заурядных. Железо в Древнем Египте ценилось в несколько раз выше золота. В XVIII в. алюминиевая кружка была таким же сувениром, как и золотая чаша.