Как менделеев открыл периодический закон.

Периодический закон Дмитрия Ивановича Менделеева — один из фундаментальных законов природы, который увязывает зависимость свойств химических элементов и простых веществ с их атомными массами. В настоящее время закон уточнен, и зависимость свойств объясняется зарядом ядра атома.

Закон был открыт русским ученым в 1869-м году. Менделеев представил его научному сообществу в докладе съезду Русского химического общества (доклад был сделан другим ученым, так как Менделеев был вынужден срочно выехать по заданию Вольного экономического общества Петербурга). В этом же году вышел учебник «Основы химии», написанный Дмитрием Ивановичем для студентов. В нем ученый описал свойства популярных соединений, а также постарался дать логическую систематизацию химических элементов. Также в нем впервые была представлена таблица с периодически расположенными элементами, как графическая интерпретация периодического закона. Всее последующие годы Менделеев совершенствовал свою таблицу, например, добавил столбец инертных газов, которые были открыты спустя 25 лет.

Научное сообщество далеко не сразу приняло идеи великого русского химика, даже в России. Но после того, как были открыты три новых элемента (галлий в 1875-м, скандий в 1879-м и германий в 1886-м годах), предсказанные и описанные Менделеевым в своем знаменитом докладе, периодический закон был признан.

Является всеобщим законом природы.
В таблицу, графически представляющую закон, включаются не только все известные элементы, но и те, которые открывают до сих пор.
Все новые открытия не повлияли на актуальность закона и таблицы. Таблица совершенствуется и изменяется, но ее суть осталась неизменной.
Позволил уточнить атомные веса и другие характеристики некоторых элементов, предсказать существование новых элементов.
Химики получили надежную подсказку, как и где искать новые элементы. Кроме этого, закон позволяет с высокой долей вероятности заранее определять свойства еще неоткрытых элементов.
Сыграл огромную роль в развитии неорганической химии в 19-м веке.

История открытия

Есть красивая легенда о том, что свою таблицу Менделеев увидел во сне, а утром проснулся и записал ее. На самом деле, это просто миф. Сам ученый много раз говорил, что созданию и совершенствованию периодической таблицы элементов он посвятил 20 лет своей жизни.

Все началось с того, что Дмитрий Иванович решил написать для студентов учебник по неорганической химии, в котором собирался систематизировать все известные на этот момент знания. И естественно, он опирался на достижения и открытия своих предшественников. Впервые внимание на взаимосвязь атомных весов и свойств элементов обратил немецкий химик Дёберейнер, который попытался разбить известные ему элементы на триады с похожими свойствами и весами, подчиняющимися определенному правилу. В каждой тройке средний элемент имел вес, близкий к среднему арифметическому двух крайних элементов. Ученый смог таким образом образовать пять групп, например, Li-Na-K; Cl-Br-I. Но это были далеко не все известные элементы. К тому же, тройка элементов явно не исчерпывала список элементов с похожими свойствами. Попытки найти общую закономерность позже предпринимали немцы Гмелин и фон Петтенкофер, французы Ж. Дюма и де Шанкуртуа, англичане Ньюлендс и Одлинг. Дальше всех продвинулся немецкий ученый Мейер, который в 1864-м году составил таблицу, очень похожую на таблицу Менделеева, но она содержала лишь 28 элементов, в то время как было известно уже 63.

В отличие от своих предшественников Менделееву удалось составить таблицу, в которую вошли все известные элементы, расположенные по определенной системе. При этом, некоторые клетки он оставил незаполненными, примерно вычислив атомные веса некоторых элементов и описав их свойства. Кроме этого, русскому ученому хватило смелости и дальновидности заявить, что открытый им закон является всеобщим законом природы и назвал его «периодическим законом». Сказав «а», он пошел дальше и исправил атомные веса элементов, которые не вписывались в таблицу. При более тщательной проверке, оказалось, что его исправления верны, а открытие описанных им гипотетических элементов стало окончательным подтверждением истинности нового закона: практика доказала справедливость теории.

Утверждение атомно-молекулярной теории на рубеже XIIX - XIX веков сопровождалось бурным ростом числа известных химических элементов. Только за первое десятилетие 19 века было открыто 14 новых элементов. Рекордсменом среди первооткрывателей оказался английский химик Гемфри Деви, который за один год с помощью электролиза получил 6 новых простых веществ (натрий, калий, магний, кальций, барий, стронций). А к 1830 году число известных элементов достигло 55.

Существование такого количества элементов, разнородных по своим свойствам, озадачивало химиков и требовало упорядочения и систематизации элементов. Многие учёные занимались поисками закономерностей в списке элементов и добивались определённого прогресса. Можно выделить три наиболее значительные работы, которые оспаривали приоритет открытия периодического закона у Д.И. Менделеева.

Менделеев сформулировал периодический закон в виде следующих основных положений:

1. Элементы, расположенные по величине атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.
2. Должно ожидать открытия ещё многих неизвестных простых тел, например, сходных с Al и Si элементов с атомным весом 65 - 75.
3. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналогии.

Некоторые аналогии открываются по величине веса их атома. Первое положение было известно ещё до Менделеева, но именно он придал ему характер всеобщего закона, предсказав на его основе существование ещё не открытых элементов, изменив атомные веса ряда элементов и расположив некоторые элементы в таблице вопреки их атомным весам, но в полном соответствии с их свойствами (главным образом, валентностью). Остальные положения открыты только Менделеевым и являются логическими следствиями из периодического закона. Правильность этих следствий подтверждалась многими опытами в течение последующих двух десятилетий и позволила говорить о периодическом законе как о строгом законе природы.

Используя эти положения, Менделеев составил свой вариант периодической системы элементов. Первый черновой набросок таблицы элементов появился 17 февраля (1 марта по новому стилю) 1869 года.

А 6 марта 1869 года официальное сообщение об открытии Менделеева сделал профессор Меншуткин на заседании Русского химического общества.

В уста учёного вложили такую исповедь: Вижу во сне таблицу, где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги - только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Как всё просто в легендах! На разработку и поправку ушло более 30 лет жизни учёного.

А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде весов атомов, то надо искать функциональное соответствие между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами. Искать же что - либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя.

Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро и привело к тому заключению, что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса, причём, сомневаясь во многих неясностях, я ни минуты не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайность допустить не возможно».

В самой первой таблицы Менделеева все элементы до кальция включительно - такие же, как и в современной таблице, за исключением благородных газов. Это можно увидеть по фрагменту страницы из статьи Д.И. Менделеева, содержащей периодическую систему элементов.

Если исходить из принципа увеличения атомных весов, то следующими элементами после кальция должны были быть ванадий, хром и титан. Но Менделеев поставил после кальция знак вопроса, а следом поместил титан, изменив его атомный вес с 52 до 50.

Неизвестному элементу, обозначенному знаком вопроса, был приписан атомный вес А = 45, являющийся средним арифметическим между атомными весами кальция и титана. Затем, между цинком и мышьяком Менделеев оставил место сразу для двух ещё не открытых элементов. Кроме того, он поместил теллур перед йодом, хотя последний имеет меньший атомный вес. При таком расположении элементов все горизонтальные ряды в таблице содержали только сходные элементы, и отчётливо проявлялась периодичность изменения свойств элементов. Последующие два года Менделеев значительно усовершенствовал систему элементов. В 1871 году вышло первое издание учебника Дмитрия Ивановича «Основы химии», в котором приведена периодическая система в почти современном виде.

В таблице образовалось 8 групп элементов, номера групп указывают на высшую валентность элементов тех рядов, которые включены в эти группы, и периоды становятся более близкими к современным, разбитые на 12 рядов. Теперь каждый период начинается активным щелочным металлом и заканчивается типичным неметаллом галогеном.Второй вариант системы дал возможность Менделееву предсказать существование не 4, а 12 элементов и, бросая вызов учёному миру, с изумительной точностью описал свойства трёх неизвестных элементов, которые он назвал экабор (эка на санскрите означает «одно и то же»), экаалюминий и экасилиций. (Галлия - древнеримское название Франции). Учёному удалось выделить этот элемент в чистом виде и изучить его свойства. А Менделеев увидел, что свойства галлия совпадают со свойствами предсказанного им экаалюминия, и сообщил Лекок де Буабодрану, что тот неверно измерил плотность галлия, которая должна быть равна 5,9-6,0 г/см3 вместо 4,7 г/см3. И действительно, более аккуратные измерения привели к правильному значению 5,904 г/см3. Окончательного признания периодический закон Д.И. Менделеева добился после 1886 года, когда немецкий химик К. Винклер, анализируя серебряную руду, получил элемент, который он назвал германием. Это оказывается экасицилий.

Периодический закон и периодическая система элементов.

Периодический закон - один из важнейших законов химии. Менделеев считал, что главной характеристикой элемента является его атомная масса. Поэтому он расположил все элементы в один ряд в порядке увеличения их атомной массы.

Если рассмотреть ряд элементов от Li до F, то можно увидеть, что металлические свойства элементов ослабляются, а неметаллические свойства усиливаются. Аналогично изменяются и свойства элементов в ряду от Na до Cl. Следующий знак К, как Li и Na, является типичным металлом.

Высшая валентность элементов увеличивается от I y Li до V y N (кислород и фтор имеют постоянную валентность, соответственно II и I) и от I y Na до VII y Cl. Следующий элемент К, как Li и Na, имеет валентность I. В ряду оксидов от Li2O до N2O5 и гидроксидов от LiОН до HNO3 основные свойства ослабляются, а кислотные свойства усиливаются. Аналогично изменяются свойства оксидов в ряду от Na2O и NaOH до Cl2O7 и HClO4. Оксид калия К2О, как и оксиды лития и натрия Li2O и Na2O, является основным оксидом, а гидроксид калия КОН, как и гидроксиды лития и натрия LiOH и NaOH, является типичным основанием.

Аналогично изменяются формы и свойства неметаллов от CH4 до HF и от SiH4 до HCl.

Такой характер свойств элементов и их соединений, какой наблюдается при увеличении атомной массы элементов, называется периодическим изменением. Свойства всех химических элементов при увеличении атомной массы изменяются периодически.

Это периодическое изменение называется периодической зависимостью свойств элементов и их соединений от величины атомной массы.

Поэтому Д.И. Менделеев сформулировал открытый им закон так:

· Свойства элементов, а так же формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомной массы элементов.

Менделеев расположил периоды элементов друг под другом и в результате составил периодическую систему элементов.

Он говорил, что таблица элементов - плод не только его собственного труда, но и усилий многих химиков, среди которых он особо отмечал «укрепителей периодического закона», открывших предсказанные им элементы.

Для создания современной таблицы потребовалась напряженная многолетняя работа тысяч и тысяч химиков и физиков. Если бы Менделеев был сейчас жив, он, глядя на современную таблицу элементов, вполне мог бы повторить слова английского химика Дж.У.Меллора, автора классической 16-томной энциклопедии по неорганической и теоретической химии. Закончив в 1937, после 15-летней работы, свой труд, он написал с признательностью на титульном листе: «Посвящается рядовым огромной армии химиков. Их имена забыты, их работы остались»...

Периодическая система - это классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона. На октябрь 2009 года известно 117 химических элементов (с порядковыми номерами с 1 по 116 и 118), из них 94 обнаружены в природе (некоторые -- лишь в следовых количествах). Остальные23 получены искусственно в результате ядерных реакций - это процесс превращения атомных ядер, происходящий при их взаимодействии с элементарными частицами, гамма-квантами и друг с другом, обычно приводящий к выделению колоссального количества энергии. Первые 112 элементов имеют постоянные названия, остальные -- временные.

Открытие 112-го элемента (самый тяжелый из официальных) признано Международным союзом теоретической и прикладной химии.

Самый стабильный из известных изотопов данного элемента имеет период полураспада 34 секунды. На начало июня 2009 года носит неофициальное имя унунбий, был впервые синтезирован в феврале 1996 года на ускорителе тяжелых ионов в Институте тяжелых ионов в Дармштадте. Первооткрыватели имеют полгода, чтобы предложить новое официальное название для добавления в таблицу (ими уже предлагались Виксхаузий, Гельмгольций, Венусий, Фриший, Штрассманий и Гейзенбергий). В настоящее время известны трансурановые элементы с номерами 113-116 и 118, полученные в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне, однако они официально пока не признаны. Распространённее других являются 3 формы таблицы Менделеева: «короткая» (короткопериодная), «длинная» (длиннопериодная) и «сверхдлинная». В «сверхдлинном» варианте каждый период занимает ровно одну строчку. В «длинном» варианте лантаноиды (семейство из 14 химических элементов с порядковыми номерами 58--71, расположенных в VI периоде системы) и актиноиды (семейство радиоактивных химических элементов, состоящее из актиния и 14 подобных ему по своим химическим свойствам) вынесены из общей таблицы, делая её более компактной. В «короткой» форме записи, в дополнение к этому, четвёртый и последующие периоды занимают по 2 строчки; символы элементов главных и побочных подгрупп выравниваются относительно разных краёв клеток. Короткая форма таблицы, содержащая восемь групп элементов, была официально отменена ИЮПАК в 1989 году. Несмотря на рекомендацию использовать длинную форму, короткая форма продолжила приводиться в большом числе российских справочников и пособий и после этого времени. Из современной иностранной литературы короткая форма исключена полностью, вместо неё используется длинная форма. Такую ситуацию некоторые исследователи связывают, в том числе с кажущейся рациональной компактностью короткой формы таблицы, а также со стереотипностью мышления и невосприятием современной (международной) информации.

В 1969 году Теодор Сиборг предложил расширенную периодическую таблицу элементов. Нильсом Бором разрабатывалась лестничная (пирамидальная) форма периодической системы.

Существует и множество других, редко или вовсе не используемых, но весьма оригинальных, способов графического отображения Периодического закона. Сегодня существуют несколько сот вариантов таблицы, при этом учёные предлагают всё новые варианты.

Периодический закон и его обоснование.

Периодический закон позволил привести в систему и обобщить огромный объем научной информации в химии. Эту функцию закона принято называть интегративной. Особо четко она проявляется в структурировании научного и учебного материала химии.

Академик А. Е. Ферсман говорил, что система объединила всю химию в рамки единой пространственной, хронологической, генетической, энергетической связи.

Интегративная роль Периодического закона проявилась и в том, что некоторые данные об элементах, якобы выпадавшие из общих закономерностей, были проверены и уточнены как самим автором, так и его последователями.

Так случилось с характеристиками бериллия. До работы Менделеева его считали трехвалентным аналогом алюминия из-за их так называемого диагонального сходства. Таким образом, во втором периоде оказывалось два трехвалентных элемента и ни одного двухвалентного. Именно на этой стадии Менделеев заподозрил ошибку в исследованиях свойств бериллия, он нашел работу российского химика Авдеева, утверждавшего, что бериллий двухвалентен и имеет атомный вес 9. Работа Авдеева оставалась не замеченной ученым миром, автор рано скончался, по-видимому, получив отравление чрезвычайно ядовитыми бериллиевыми соединениями. Результаты исследования Авдеева утвердились в науке благодаря Периодическому закону.

Такие изменения и уточнения значений и атомных весов, и валентностей были сделаны Менделеевым еще для девяти элементов (In, V, Th, U, La, Ce и трех других лантаноидов).

Еще у десяти элементов были исправлены только атомные веса. И все эти уточнения впоследствии были подтверждены экспериментально.

Прогностическая (предсказательная) функция Периодического закона получила самое яркое подтверждение в открытии неизвестных элементов с порядковыми номерами 21, 31 и 32.

Их существование сначала было предсказано на интуитивном уровне, но с формированием системы Менделеев с высокой степенью точности смог рассчитать их свойства. Хорошо известная история открытия скандия, галлия и германия явилась триумфом менделеевского открытия. Он все предсказания делал на основе им же самим открытого всеобщего закона природы.

Всего же Менделеевым были предсказаны двенадцать элементов.С самого начала Менделеев указал, что закон описывает свойства не только самих химических элементов, но и множества их соединений. Для подтверждения этого достаточно привести такой пример. С 1929 г., когда академик П. Л. Капица впервые обнаружил неметаллическую проводимость германия, во всех странах мира началось развитие учения о полупроводниках.

Сразу стало ясно, что элементы с такими свойствами занимают главную подгруппу IV группы.

Со временем пришло понимание, что полупроводниковыми свойствами должны в большей или меньшей мере обладать соединения элементов, расположенных в периодах равно удаленной от этой группы (например, с общей формулой типа АзВ).

Это сразу сделало поиск новых практически важных полупроводников целенаправленным и предсказуемым. На таких соединениях основывается практически вся современная электроника.

Важно отметить, что предсказания в рамках Периодической системы делались и после ее всеобщего признания. В 1913г.

Мозли обнаружил, что длина волн рентгеновских лучей, которые получены от антикатодов, сделанных из разных элементов, изменяется закономерно в зависимости от порядкового номера, условно присвоенного элементам в Периодической системе. Эксперимент подтвердил, что порядковый номер элемента имеет прямой физический смысл.

Лишь позднее порядковые номера были связаны со значением положительного заряда ядра. Зато закон Мозли позволил сразу экспериментально подтвердить число элементов в периодах и вместе с тем предсказать места еще не открытых к тому времени гафния (№ 72) и рения (№ 75).

Долгое время шел спор: выделять инертные газы в самостоятельную нулевую группу элементов или считать их главной подгруппой VIII группы.

Исходя из положения элементов в Периодической системе, химики-теоретики во главе с Лайнусом Полингом давно сомневались в полной химической пассивности инертных газов, напрямую указывая на возможную устойчивость их фторидов и оксидов.

Но только в 1962 г. американский химик Нил Бартлетт впервые осуществил в самых обычных условиях реакцию гексафторида платины с кислородом, получив гексафтороплати-нат ксенона XePtF^, а за ним и другие соединения газов, которые теперь правильнее называть благородными, а не инертны.

Всё материальное, что нас окружает в природе, будь то космические объекты, обычные земные предметы или живые организмы, состоит из веществ. Разновидностей их существует много. Ещё в древности люди заметили, что они способны не только изменять своё физическое состояние, но и превращаться в другие вещества, наделённые иными свойствами по сравнению с первоначальными. Но вот законы, согласно которым происходят подобные преобразования материи, человек понял не сразу. Для того чтобы сделать это, необходимо было правильно выявить основу вещества и классифицировать существующие в природе элементы. Подобное стало возможным лишь только в середине XIX века с открытием периодического закона. Истории его создания Д.И. Менделеевым предшествовали долгие годы работы, а формированию данного рода знаний способствовал многовековой опыт всего человечества.

Когда были заложены основы химии?

Умельцы античных времён достаточно преуспели в литье и плавке различных металлов, зная множество секретов их трансмутации. Они передали свои знания и опыт потомкам, которые использовали их вплоть до времён Средневековья. Считалось, что неблагородные металлы вполне возможно превратить в ценные, что, собственно, и было основной задачей химиков вплоть до 16-го столетия. В сущности, в подобной идее были заложены ещё философско-мистические представления древнегреческих учёных о том, что вся материя строится из неких «первоэлементов», способных перевоплощаться один в другой. Несмотря на видимую примитивность такого подхода, он сыграл свою роль в истории открытия Периодического закона.

Панацея и белая тинктура

Занимаясь поиском первоосновы, алхимики свято верили в существование двух фантастических веществ. Одним из них был прославленный в легендах философский камень, именуемый также жизненным эликсиром или панацеей. Считалось, что подобное средство не только было безотказным способом превращения в золото ртути, свинца, серебра и прочих веществ, но также служило чудодейственным универсальным лекарством, исцеляющим любые человеческие недуги. Другой элемент, носивший название белой тинктуры, не относился к разряду столь эффективных, но наделялся способностью превращать в серебро остальные вещества.

Рассказывая предысторию открытия периодического закона, невозможно не упомянуть о знаниях, накопленных алхимиками. Они олицетворяли собой образец символического мышления. Представители этой полумистической науки создали некую химическую модель мира и процессов, происходящих в нём на космическом уровне. Стремясь понять суть всех вещей, они подробнейшим образом записывали лабораторные приёмы, оборудование и сведения о химической посуде, с большой скрупулёзностью и старательностью относясь к передаче своего опыта коллегам и потомкам.

Потребность в классификации

Значительных по объёму сведений о самых разных химических элементах к XIX веку накоплено было достаточно, что породило естественную необходимость и желание учёных их систематизировать. Но для проведения подобной классификации требовались дополнительные экспериментальные данные, а также не мистические, а реальные знания о строении веществ и сути основы устройства материи, которых пока не было. К тому же имеющиеся сведения о значении атомных масс известных в те времена химических элементов, на основе которых производилась систематизация, не отличались особой точностью.

Но попытки классификации в среде естествоиспытателей неоднократно предпринимались ещё задолго до осознания истинной сути вещей, составляющей ныне основу современной науки. А в указанном направлении работали многие учёные. Рассказывая кратко о предпосылках открытия периодического закона Менделеева, следует упомянуть о примерах подобных объединений элементов.

Триады

Учёные тех времён чувствовали, что свойства, проявляемые самыми разнообразными веществами, находятся в несомненной зависимости от величин их атомных масс. Понимая это, химик из Германии Иоганн Дёберейнер предложил свою систему классификации элементов, составляющих основу материи. Случилось это в 1829 году. И событие это было достаточно серьёзным продвижением в науке для того периода её развития, а также важным этапом в истории открытия периодического закона. Дёберейнер объединил известные элементы в сообщества, дав им наименование «триады». По существующей системе при этом масса крайних элементов оказывалась равна среднему от суммы атомных масс того члена группы, который находился между ними.

Попытки расширить границы триад

Недостатков в упомянутой системе Дёберейнера было достаточно. К примеру, в цепочке бария, стронция, кальция отсутствовал сходный с ними по строению и свойствам магний. А в сообществе теллура, селена, серы не хватало кислорода. Многие другие похожие вещества также не удалось классифицировать согласно системе триад.

Указанные идеи пытались развивать многие другие химики. В частности немецкий учёный Леопольд Гмелин стремился раздвинуть "тесные" рамки, расширив группы классифицируемых элементов, распределив их в порядке эквивалентных весов и электроотрицательности элементов. Его структуры образовывали не только триады, но и тетрады, пентады, но немецкому химику так и не удалось уловить суть периодического закона.

Спираль де Шанкуртуа

Ещё более сложную схему построения элементов придумал Александр де Шанкуртуа. Он расположил их на плоскости, свёрнутой в цилиндр, распределив по вертикалям с наклоном в 45° в порядке возрастаниях атомных масс. Как предполагалось, по линиям, параллельным оси данной объёмной геометрической фигуры, должны были располагаться вещества со сходными свойствами.

Но на деле идеальной классификации не получилось, так как на одну вертикаль иногда попадали отнюдь не родственные элементы. К примеру, рядом с щелочными металлами оказался совсем другого химического поведения марганец. И в одну "компанию" попали сера, кислород и совсем с ними не сходный элемент титан. Однако подобная схема тоже внесла свою лепту, заняв своё место в истории открытия периодического закона.

Другие попытки создания классификаций

Следом за описанными свою систему классификации предложил Джон Ньюлендс, заметив, что сходство в свойствах элементов, расставленных в соответствии с увеличением атомной массы, проявляет каждый восьмой член из получившегося ряда. Найденную закономерность учёному пришло в голову сравнить со структурой расположения музыкальных октав. При этом он присваивал каждому из элементов свой порядковый номер, располагая их горизонтальными рядами. Но подобная схема опять не получилась идеальной и была оценена весьма скептически в научных кругах.

С 1964 до 1970 гг. таблицы, упорядочивающие химические элементы, создавали также Одлинг и Мейер. Но подобные попытки снова имели свои недостатки. Всё это происходило уже накануне открытия Менделеевым периодического закона. А некоторые труды с несовершенными попытками классификации публиковались даже после того, как таблица, который мы пользуемся и по сей день, была представлена миру.

Биография Менделеева

Родился гениальный русский учёный в городе Тобольске в 1834 году в семье директора гимназии. В доме, кроме него, было ещё шестнадцать братьев и сестёр. Не обделённый вниманием, как самый младший из детей, Дмитрий Иванович с самого незначительного возраста поражал всех необыкновенными способностями. Родители, несмотря на трудности, стремились дать ему самое лучшее образование. Так, Менделеев окончил сначала гимназию в Тобольске, а затем Педагогический институт в столице, сохранив при этом в душе глубокий интерес к наукам. И не только к химии, но и к физике, метеорологии, геологии, технологии, приборостроению, воздухоплаванию и другим.

Вскоре Менделеев защитил диссертацию и стал доцентом Петербургского университета, где читал лекции по органической химии. В 1865 году он представил коллегам свою докторскую на тему «О соединении спирта с водой». Годом открытия периодического закона стал 1969 г. Но этому достижению предшествовало 14 лет напряжённой работы.

О великом открытии

Учитывая ошибки, неточности, а также позитивный опыт коллег, Дмитрий Иванович сумел систематизировать химические элементы самым удобным способом. Он также заметил периодическую зависимость свойств соединений и простых веществ, их формы от значения атомных масс, о чём и говорится в формулировке периодического закона, данного Менделеевым.

Но подобные прогрессивные идеи, к сожалению, далеко не сразу нашли отклик в сердцах даже русских учёных, которые приняли эту инновацию весьма настороженно. А в среде деятелей зарубежной науки, особенно в Англии и Германии, закон Менделеева и вовсе нашёл самых ярых противников. Но очень скоро положение изменилось. Что же послужило причиной? Гениальная смелость великого русского учёного спустя некоторое время явилась миру в доказательствах его блестящей способности научного предвидения.

Новые элементы в химии

Открытие периодического закона и структура периодической таблицы, созданной им, позволили не только осуществить систематизацию веществ, но и сделать ряд предсказаний о наличии в природе многих неизвестных в те времена элементов. Именно поэтому Менделееву удалось претворить на практике то, что до него не удавалось другим учёным.

Прошло всего пять лет, и догадки начали подтверждаться. Француз Лекок де Буабодран открыл новый металл, который назвал галлий. Его свойства оказались очень сходными с предсказанным Менделеевым в теории экаалюминием. Узнав об этом, представители учёного мира тех времён были ошеломлены. Но на этом удивительные факты совсем не закончились. Далее шведом Нильсоном был обнаружен скандий, гипотетическим аналогом которого оказался экабор. А близнецом экасилиция стал открытый Винклером германий. С тех самых пор закон Менделеева начал утверждаться и приобретать всё новых сторонников.

Новые факты гениального предвидения

Создатель настолько увлёкся красотой своей идеи, что взял на себя смелость сделать некоторые допущения, правомерность которых позднее самым блестящим образом подтвердилась практическими научными открытиями. К примеру, некоторые вещества Менделеев расположил в своей таблице вовсе не в соответствии с возрастанием атомных масс. Он предвидел, что периодичность в более глубоком смысле наблюдается всё-таки не только в связи с возрастанием атомного веса элементов, а ещё и по другой причине. Великий учёный догадался, что масса элемента зависит от количества в его строении каких-то более элементарных частиц.

Таким образом, периодического закона некоторым образом натолкнуло представителей науки на мысль о составляющих атома. А учёные вскоре наступившего 20-го столетия - века грандиозных открытий - многократно убедились, что свойства элементов зависят от величины зарядов атомных ядер и строения его электронной оболочки.

Периодический закон и современность

Таблица Менделеева, оставаясь неизменной в своей основе, впоследствии многократно дополнялась и переделывалась. В ней образовалась так называемая нулевая группа элементов, включающая в себя инертные газы. Успешно решена была также проблема размещения редкоземельных элементов. Но несмотря на дополнения, значение открытия периодического закона Менделеева в первоначальном варианте переоценить достаточно трудно.

Позднее, с и явления радиоактивности, были до конца поняты причины успеха подобной систематизации, а также периодичности свойств элементов различных веществ. Вскоре в указанной таблице нашли своё место также изотопы радиоактивных элементов. Основой классификации многочисленных членов ячеек стал атомный номер. А в середине XX века окончательно была обоснована последовательность расположения элементов в таблице, зависящая от заполнения орбиталей атомов передвигающимися с огромной скоростью вокруг ядра электронами.

Введение

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева – основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.

Периодический закон и сделанные на его основе открытия в различных областях естествознания и техники являются величайшим триумфом человеческого разума, свидетельством всё более глубокого проникновения в самые сокровенные тайны природы, успешного преобразования природы на благо человека.

«Редко бывает, чтобы научное открытие оказалось чем-то совершенно неожиданным, почти всегда оно предчувствуется, однако последующим поколениям, которые пользуются апробированными ответами на все вопросы, часто нелегко оценить, каких трудностей это стоило их предшественникам». Д.И. Менделеев.

Цель: Характеризовать понятие периодическая система и периодический закон элементов, периодический закон и его обоснование, дать характеристику структурам периодической системы: подгруппы, периоды и группы. Изучить историю открытия периодического закона и периодической системы элементов.

Задачи: Рассмотреть историю открытия периодического закона и периодической системы. Дать определение периодическому закону и периодической системе. Проанализировать периодический закон и его обоснование. Структуру периодической системы: подгруппы, периоды и группы.

История открытия периодического закона и периодической системы химических элементов

Утверждение атомно-молекулярной теории на рубеже XIIX – XIX веков сопровождалось бурным ростом числа известных химических элементов. Только за первое десятилетие 19 века было открыто 14 новых элементов. Рекордсменом среди первооткрывателей оказался английский химик Гемфри Деви, который за один год с помощью электролиза получил 6 новых простых веществ (натрий, калий, магний, кальций, барий, стронций). А к 1830 году число известных элементов достигло 55.

В 1860 году состоялся первый Международный химический конгресс, после которого стало ясно, что основной характеристикой химического элемента является его атомный вес. Французский учёный Б. Де Шанкуртуа в 1862 году впервые расположил элементы в порядке возрастания атомных весов и разместил их по спирали вокруг цилиндра. Каждый виток спирали содержал 16 элементов, сходные элементы, как правило, попадали в вертикальные столбцы, хотя были отмечены и значительные расхождения. Работа де Шанкуртуа осталась незамеченной, но выдвинутая им идея сортировки элементов в порядке возрастания атомных весов оказалась плодотворной.

И двумя годами позже, руководствуясь этой идеей, английский химик Джон Ньюлендс разместил элементы в виде таблицы и заметил, что свойства элементов периодически повторяются через каждые семь номеров. Например, хлор по свойствам похож на фтор, калий – на натрий, селен – на серу и т.д. Данную закономерность Ньюлендс назвал «законом октав», практически опередив понятие периода. Но Ньюлендс настаивал на том, что длина периода (равная семи) является неизменной, поэтому его таблица содержит не только правильные закономерности, но и случайные пары (кобальт – хлор, железо – сера и углерод – ртуть).

А вот немецкий учёный Лотар Мейер в 1870 году построил график зависимости атомного объёма элементов от их атомного веса и обнаружил отчётливую периодическую зависимость, причём длина периода не совпадала с законом октав и была переменной величиной.

Во всех этих работах много общего. Де Шанкуртуа, Ньюлендс и Мейер открыли проявление периодичности изменения свойств элементов в зависимости от их атомного веса. Но они не смогли создать единую периодическую систему всех элементов, поскольку в открытых ими закономерностях многие элементы не находили своего места. Никаких серьёзных выводов из своих наблюдений этим учёным так же сделать не удалось, хотя они чувствовали, что многочисленные соотношения между атомными весами элементов являются проявлением какого-то общего закона.

Этот общий закон был открыт великим русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году. Менделеев сформулировал периодический закон в виде следующих основных положений:

1. Элементы, расположенные по величине атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.

2. Должно ожидать открытия ещё многих неизвестных простых тел, например, сходных с Al и Si элементов с атомным весом 65 – 75.

3. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналогии.

Правильность этих следствий подтверждалась многими опытами в течение последующих двух десятилетий и позволила говорить о периодическом законе как о строгом законе природы.

В уста учёного вложили такую исповедь: Вижу во сне таблицу, где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги – только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Как всё просто в легендах! На разработку и поправку ушло более 30 лет жизни учёного.

Процесс открытия периодического закона поучителен и сам Менделеев рассказывал об этом так: «Невольно зародилась мысль о том, что между массой и химическими свойствами необходимо должна быть связь. А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде весов атомов, то надо искать функциональное соответствие между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами. Искать же что – либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя. Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро и привело к тому заключению, что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса, причём, сомневаясь во многих неясностях, я ни минуты не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайность допустить не возможно».

В самой первой таблицы Менделеева все элементы до кальция включительно – такие же, как и в современной таблице, за исключением благородных газов. Это можно увидеть по фрагменту страницы из статьи Д.И. Менделеева, содержащей периодическую систему элементов.

Если исходить из принципа увеличения атомных весов, то следующими элементами после кальция должны были быть ванадий (А = 51), хром (А = 52) и титан (А = 52). Но Менделеев поставил после кальция знак вопроса, а следом поместил титан, изменив его атомный вес с 52 до 50. Неизвестному элементу, обозначенному знаком вопроса, был приписан атомный вес А = 45, являющийся средним арифметическим между атомными весами кальция и титана. Затем, между цинком и мышьяком Менделеев оставил место сразу для двух ещё не открытых элементов. Кроме того, он поместил теллур перед йодом, хотя последний имеет меньший атомный вес. При таком расположении элементов все горизонтальные ряды в таблице содержали только сходные элементы, и отчётливо проявлялась периодичность изменения свойств элементов.

В последующие два года Менделеев значительно усовершенствовал систему элементов. В 1871 году вышло первое издание учебника Дмитрия Ивановича «Основы химии», в котором приведена периодическая система в почти современном виде. В таблице образовалось 8 групп элементов, номера групп указывают на высшую валентность элементов тех рядов, которые включены в эти группы, и периоды становятся более близкими к современным, разбитые на 12 рядов. Теперь каждый период начинается активным щелочным металлом и заканчивается типичным неметаллом галогеном.

Второй вариант системы дал возможность Менделееву предсказать существование не 4, а 12 элементов и, бросая вызов учёному миру, с изумительной точностью описал свойства трёх неизвестных элементов, которые он назвал экабор (эка на санскрите означает «одно и то же»), экаалюминий и экасилиций. Современные названия их Se, Ga, Ge.

Учёный мир Запада в начале отнёсся к Менделеевской системе и его предсказаниям скептически, но всё изменилось, когда в 1875 году французский химик П. Лекок де Буабодран, исследуя спектры цинковой руды, обнаружил следы нового элемента, который он назвал галлием в честь своей родины (Галлия – древнеримское название Франции)

Учёному удалось выделитьэтот элемент в чистом виде и изучить его свойства. А Менделеев увидел, что свойства галлия совпадают со свойствами предсказанного им экаалюминия, и сообщил Лекок де Буабодрану, что тот неверно измерил плотность галлия, которая должна быть равна 5,9-6,0 г/см3вместо 4,7 г/см3. И действительно, более аккуратные измерения привели к правильному значению 5,904 г/см3.

В 1879 году шведский химик Л. Нильсон при разделении редкоземельных элементов, полученных из минерала гадолинита, выделил новый элемент и назвал его скандием. Это оказывается предсказанный Менделеевым экабор.

Окончательного признания периодический закон Д.И. Менделеева добился после 1886 года, когда немецкий химик К. Винклер, анализируя серебряную руду, получил элемент, который он назвал германием. Это оказывается экасицилий.

Похожая информация.

План

Периодическая система и закон Д.И. Менделеева

1. Открытие Д.И. Менделеевым периодического закона

2. Периодическая система элементов ПСЭ и структура таблицы Менделеева

3. Связь структуры таблицы и строения атома.

4. Свойства атомов химических элементов.

5. Изменение свойств атомов химических элементов и их соединений.

6. Характеристика химического элемента по положению в ПСЭ.

1. По мере накопления сведений о свойствах химических элементов возникла настоятельная необходимость их классификации. Ко времени открытия Д. И. Менделеевым периодического закона было известно уже более 60 элементов.

2. Многие химики пытались разрабатывать систематику элементов. Этим занимались А. Э. Б. Шанкуртуа во Франции, Л. Ю. Мейер и И. В. Деберейнер в Германии, Дж. А. К. Ньюлендс в Англии и др.

3. Так, Ньюлендс, размещая элементы в порядке возрастания их атомных масс, заметил, что химические свойства восьмого элемента подобны свойствам первого. Этой закономерности он дал название закон октав . Деберейнер составлял триады из сходных по химическим свойствам элементов и указывал, что в триадах атомная масса среднего элемента приблизительно равна среднему арифметическому атомных масс двух крайних элементов. Шанкуртуа разместил элементы в порядке возрастания их атомных масс по винтовой линии, описанной вокруг цилиндра. Сходные элементы при этом располагались друг под другом. Мейер, разместив элементы в порядке увеличения их атомных масс, получил шесть групп подобных элементов. Однако никто из названных исследователей не сумел за этими отдельными аналогиями увидеть один из основных законов химии.

4. Задача была решена в 1869 г. великим русским учёным Дмитрием Ивановичем Менделеевым. Открытый им периодический закон и созданная на его основе периодическая система элементов стали фундаментом современной химии.

Изучая свойства химических элементов, Д. И. Менделеев пришёл к выводу, что многие свойства определяются атомной массой элементов. Поэтому в основу систематики элементов он положил атомную массу как "точное, измеримое и никакому сомнению не подлежащее" свойство. По мнению Менделеева, "масса вещества есть именно свойство его, от которого должны находиться в зависимости все остальные свойства. Поэтому ближе или естественнее всего искать зависимость между свойствами и сходствами элементов, с одной стороны, и атомными весами их, с другой стороны".