Периодический  закон  д. И. Менелеева

Учёные — предшественники Д. И. Менделеева — сделали много для подготовки открытия Периодического закона. Но ни один из них не решился и не сумел в полном объёме охватить совокупность физических и химических свойств. Они так и не достигли фундаментального закона природы. А Д.И. Менделеев разгадал эту загадку, сформулировал этот закон. Открытию Периодического закона предществовала продолжительная, напряжённая работа на протяжении  15 лет (1854–1869 гг.). А дальнейшей её разработке учёный отдал ещё 25 лет, то есть занимался этим до конца жизни.

1. Предпосылки открытия Периодического закона.

Во время открытия Периодического законы было известно 63 химических элемента, описан состав и свойства их многочисленных химических соединений.

Много учёных пытались классифицировать химические элементы. К ним принадлежал, в частности, известный шведский химик Й. Я. Берцелиус. Он разделил все элементы на металлы и неметаллы на основе отличий в свойствах образованных ими простых веществ и соединений. Он определил, что металлам соответствуют основные оксиди и основания, а неметаллам — кислотные оксиды и кислоты. Но эти две группы были очень большие, объединяя элементы, которые существенно отличаются один от одного. Способность некоторых метал лов образовывать амфотерные оксиды и гидроксиды визвала ещё большую путанницу. В общем,  классификация была неудачной.

Много учёных допускали периодичность свойств элементов и их зависимость от атомных масс, но квалифицированную и систематическую классификацию предложить не смогли.

Ещё одной предпосылкой открытия Периодического закона стало решение Международного съезда химиков в г. Карлсруэ в 1860 г., благодаря котрому окончательно утвердилось атомно-молекулярное учение и были одобрены универсальные определения понятий «молекула», «атом», «атомная масса», которая теперь называется относительной атомной массой. Именно последнее из этих понятий якак неизменная характеристика атомов химических элементов Д. И. Менделеев положил в основу своей классификации. Предшественники учёного сравнивали только подобные элементы, поэтому не смогли открыть Периодический закон.

Рассмотренные выше предпосылки можно назвать объективными, поскольку они были вызванны историческим развитием химии как науки. Но без личностных качеств известного химика, субъективную предпосылку открытия Периодического закона, его навряд ли было бы открыто в 1869 году. Энциклопедичность знаний, научная интуиция, умение обобщать, стремление к познанию неизветсного, дар научного прогнозирования Д. И. Менделеева сыграли немалую роль в формулирование Периодического закона.

2. История открытия Периодического закона.

Открытие Периодического закона — результат на самом деле титанического труда и самого Дмитрия Ивановича Менделеева, и многих его предшественников и современников.

Оценивая свои открытия, Д. И. Менделеев рассмотривал их не как результат личной одарённости, а прежде всего как плод непрерывной и крополтивого труда. Недаром он  отмечал: «Ну, какой я гений, рабо тал всю жизнь, вот и стал гением».

О. Озаровская, которая на протяжении многих лет была сотрудницей Дмитрия Ивановича, писала: «Кто-то сказал, что гениальность — это просто невероятная неутомимость в труде. Жизнь Менделеева, каждый его день, каждый час представляли собой непрерывный труд…»

Деятельность Дмитрия Ивановича и других учёных стала залогом известного открытия.

Зато открытие Периодического закона изображается в отдельных источниках довольно примитивно, упрощенно, а следовательно, неправильно: утверждается, что Д. И. Менделеев сел и сразу открыл этот закон или разложил карточки элементов и неожиданно создал Периодическую систему. Договорились даже до того, что он открыл Периодический закон и создал свою систему элементов… во сне!

Некоторые из историков науки, как правило, приписывают плоды научного творчества Д. И. Менделеева, включая и создание Периодической системы элементов, счастливому случаю. Всё кажется как какая-то лотерея, в которой одним участникам «везёт» и по непонятным причинам, а другим — нет. Так, П. Уолден писал: «Теперь, когда прошло много десятилетий, мы, возможно, не можем сознательно принять во внимание влияние одного фактора, который  существенно обусловил успехи этой системы, и славу её творца, а именно влияние счастья, Счастливого случайного, сопровождаемого как Д. И. Менделеева, так и его систему».

Дмитрию Ивановичу не нравились подобне «пояснения»,  потому что он справедливо видел в них уменьшение роли труда, без котрого был бы невозможен успех его научного творчества. «Счастливую случайность» он отвергал так же, как и «неожиданное вдохновение».

Все эти рассуждения представляют собой исторический анекдот, подобный «истории» с ньютоновским яблоком и ваттовской крышкой чайника. Основанием таких легенд и анекдотов является попытка изобразить научное открытие или техническое изобретение как внезапное, одноактное событие, произошедшее якобы «вдруг», вполне «неожиданно».

Такой вигляд на открытие Периодического закона распространялся ешё при жизни Д. И. Менделеева. Так, в своїх воспоминаних О. Озаровская привела один характерный эпизод. Однажды к Д. И. Менделееву пожало вал сотрудник газеты «Петербургский листок», чтобы взять інтерв’ю по вопросам химии. Дмитрий Иванович встретил репортера настойчивой просьбой: «Скорее, только быстрее! Мы заняты: видите, письмо пишем». Репортёр спросил об отношении Д. И. Менделеева к открытию Радия и получил ответ, который заканчивался словами: «Ну что? Всё? Что ещё? Только быстрее. Время, время истекает!». В ответ репортёр спросил: «Как вы, Дмитрий Иванович, додумались до своей Периодической системы?» На это Д. И. Менделеев товетил только: «О-о! Господи!» Потом долго стонал, встряхивая головой, вздыхал и смеялся. И наконец решительно ответил: «Да не так, как у вас, батюшка! Не пятак за строчку! Не так, как вы! Я над ней, может, двадцать лет думал, а вы считаете: сідел и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку — готово! Не так!». Отвечая так репортёру, учёный подчеркнул, что его открытие было стогом двадцатилетних раздумий о связях между элементами, обсуждение связей между элементами с разных точек зрения.

Д. И. Менделееву принадлежат такие слова: «Когда я начал окончательно оформлять  мою классификацию элементов, я выписал на отдельные карточки элементы и их соединения, а потом, расположил их в виде групп и рядов, сделал первую наглядность Периодического закона. Но это был заключительный аккорд, итог всего предыдущего труда…».

Следует обратить внимание на то, что 1 марта 1869 г. открытие Периодического закона отнюдь никак не не завершилось, а только началось.Его разработку и углубление Дмитрий Иванович продолжал ещё на протяжении почти трёх лет, и только в конце 1871 г. эта работа была доведена, наконец, до определённого завершения. Однако развитие закона продолжалось и в дальнейшие годы, особенно в связи с подтверждением вытекающих из него логических последствий, а также и с такими известными событиями, как открытие инертных газов и радиоактивных элементов.

Открытие Периодического закона стимулировало дальнейшее развитие химической науки, дальнейшую работу (как самого Дмитрия Ивановича, так и его последователей) и с накопленим и  систематизации новой информации в области учения о строения вещества.

За прошедшие со временем открытия Периодического закона, было предолжено около 1000 вариантов графического изображения Периодической системы.

У XIII ст. было известно только 13 химических элементов, на конец XVIII ст. — 30,               в середине ХІХ ст. — 63. Ныне известно 118 элементов.

Мир сложен, он полон событий, сомнений,
И тайн бесконечных, и смелых загадок.
Как чудо природы рождается гений
И в хаосе этом
Находит порядок…
Весь мир большой:
Жара и стужа,
Планет круженье, свет зари —
Все то, что видим мы снаружи,
Законом связано внутри.
Найдется ль правило простое,
Что целый мир объединит?
Таблицу Менделеев строит,
Природы ищет алфавит.

Случилось в Петербурге это,
Профессор университета
Писал учебник для студентов…
Задумался невольно он.
Как рассказать про элементы?
Нельзя ли тут найти закон?
Искали многие решенья,
Но, проходя лишь полпути,
Бросали. Мучило сомненье:
«А можно ли закон найти?»
Мир состоит из элементов
(В то время знали шестьдесят).
А сколько их всего?
Нельзя ответить наугад.
Но не гадал, а верил он:
«Тут должен, должен быть закон!»
Упрямо он искал решенье.
Был труд, надежда и терпенье
И вера в то, что он найдет.
Он так работал целый год.

Но вот дела отложены,
Расчеты прерываются,
С утра в поездку дальнюю
Ученый собирается.
Все чемоданы собраны.
На козлах кучер мается:
«Поспеть бы надо к поезду,
А барин все копается!»
А барин одевается и к двери направляется.
Он к двери направляется
И вдруг!!!
Шляпа брошена в углу!
Он бросается к столу.
И строчит карандашом.
Наконец-то понял он,
В чем разгадка, в чем закон!..
Из кабинета не выходит…
Тогда, усталостью сражен,
Лег на диван и видит сон.

Был четвертый ряд нарушен,
Элемент не обнаружен.
Элемент не обнаружен — тот,
Что в этом месте нужен,
Но напрасно беспокойство:
Существует где-то он!
«Я найду сначала свойства,
И поможет мне закон!»
Удельный вес назвали, цвет,
Летуч на воздухе иль нет,
Как плавится, в чем растворим…
Законом пользуясь своим,
Три элемента предсказал,
Как будто их в глаза видал!
Быть может, раз в тысячелетье
Свершить подобное дано,
Но мир открытья не заметил
Иль не поверил, все равно.
И кто- то говорил по-свойски:
«Забудь об этой ерунде!
Как можно обнаружить свойства
Веществ, не найденных нигде!..»

Вот как-то раз узнали ученые всех стран:
Металл чудесный галлий (в честь Франции назвали)
Открыл Буободран.
Довольный и счастливый, рассматривал металл,
Но писем из России никак не ожидал.
Он взял письмо, прочел его
От русского ученого?!
— Ошибся я! Слыхали!
Француз был удивлен — в глаза не видел галлий,
А свойства знает он!
Вес высчитал удельный точней, чем я, стократ
Какой- то Менделеев, еще пять лет назад!
Глаза его сверкали, топорщились усы.
Но вот металл свой галлий он кинул на весы…
Ответ в Россию мчится: «Прекрасная таблица! Я вами восхищен!
Проверен мной практически закон Периодический,
И я категорически приветствую закон!»

У химиков переполох!
Ведь Галлий был одним из трех,
Предсказанных заранее!..
И следом как из-под земли
Вдруг Скандий в Швеции нашли,
На свет Германий извлекли
(естественно в Германии).

Потом дополнилась таблица,
Узнали новые частицы.
Прославят, подтвердят закон
Открытья будущих времен.

И каждый знак ее, взлелеяв
Суровым гением своим,
Поведал миру Менделеев
В природе понятое им.

                                 А. А. Чивилихин

Другого ничего в природе нет
Ни здесь, ни там, в космических глубинах.
Все — от песчинок малых до планет —
Из элементов состоит единых…

                                      С. Щипачев

3. Открытие Д. И. Менделеевым Периодического закона.

В основе своей работы по классификации химических элементов Д. И. Менделеев положил два их основных и постоянных признака: величину атомной массы и свойства. Он выписал на отдельные карточки все сведения об открытых и изученных на то время химические элементы и их соединения. Сопоставляя эти сведения, учёный составил естественные группы схожих по свойствам элементов, сравнение которых  засвидетельствовало, что даже элементы несхожих групп имеют подобне признаки. Например, близкие по значениям атомне массы Флуора и Натрия, Хлора и Калия (инертные газы  на то время ещё не были известны), следовательно, щелочные металлы и галогены можно поставить рядом, выстраивая химические элементы в порядке увеличения их атомных масс. Так Д. И. Менделеев объединил в естественные группы химических элементов в единую систему. При этом он выявил, что свойства элементов меняются в пределах определённых их совокупностей линейно (усиливаются или ослабевают), а потом повторяются периодически. Учёный выделил периоды, в которых свойства химических элементов и образованных ими веществ закономерно меняется.

На основе этих наблюдений Д. И. Менделеев сформулировал Периодический закон, который сегодня формулируется так: «Свойства химических элементов и образованных ими веществ пребывают в периодической зависимости от их относительных атомных масс».

Днём рождения славного закона считается 1 марта 1869 года.

Периодический закон и Периодическая система имеют много периодических закономерностей: кроме упоминавшейся горизонтальной (по периодам) наблюдается также вертикальная (по группам) и диагональная периодичности. Именно учт всех возможных разновидностей периодичности позволило Д. И. Менделееву  не только предусмотреть и описать свойства веществ, образованных ещё не открытыми химическими элементами, но и указать способ их открытия, природне источники (руды и соединения), из которых могли бать получены соответствующие простые вещества.

4. Факты из истории «развития» Периодической системы Д. И. Менделеева.

В 1869 г. Д. и. Менделеев заявил о своїм открытии Периодического закона и построении таблицы, отображающей этот закон. Много учёных очень скептично отнеслись к этому. Д. И. Менделеев пытался переубедить их в том, что где и в чём они ошибаются. Для построения таблицы он допустил отличительные от известных на то время значения валентности и относительных атомных масс почти 20 элементов. Так, большинство учёных считали Бериллий трёхвалентным элементом, а его относительную атомную массу равной 13,5. Однако по совокупности свойств Д. И. Менделеев отнёс Бериллий к двухвалентным элементам и расположил его в Периодической системе между Литием, с относительной атомной массой 7, и Бором, с относительной атомной массой 11, сделав вывод, что относительная атомная масса Бериллия должна раняться приблизительно 9. Большинство учёных скептично отнеслись к этому. Но позднее экспериментальные исследования доказали справедливость предположений  Д. И. Менделеева.

Выстривая Периодическую систему, Д. И. Менделеев оставил много клеток свободными. Среди 63 известных на то время элементов ещё не было таких, которые по  величине относительных атомных масс и совокупностью свойств могли бы занять эти места. Так он доказал, что должны существовать элементы, которые на то время были ещё неизвестны. Учёный пришёл к выводу, что их свойства должны бать промежуточными между свойствами соседних элементов, которые располагаются слева и справа в том самом периоде, и соседних элементов, стоячих ниже и выше в той самой подгруппе. Это такие элементы, как Галий, Германий и Скандий. Д. И. Менделеев назвал их соответственно экаалюминием, экасилицием и экабором. (слово эка Д. И. Менделеев заимствоал из древнего письменного язика Индии — санскрита, по котрому оно означает «один»). Предлагая название «экаалюминий» для элемента № 31, Д. И. Менделеев исходил из того, что тот «идёт за алюминием», является первым его аналогом. Триумфом Периодического закона стало то, что в 1875 г. французский учёный Л. де Буабодран открыл новый элемент, названый Галием в честь древнего названия Франции. Свойства Галия, определены экспериментально, полностью совпадали со свойствами экаалюминия, предусмотренными Д. И. Менделевым. На протяжении последующих 15 лет предположения Д. И. Менделеева полностью подтвердились: были открыты простые вещества, образованные элементами, которые он  предусмотрел. А в конце ХІХ ст. были открыты инертные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe). Для них в  Периодической системе не было свободных клеток. Потому их открытие стало ещё одним важным испытанием для Периодического закона и Периодической системы элементов. Д. И. Менделеев разместил их между галогенами и щелочными металлами, образуя отдельную группу. Так периоды приобрели своего логического завершения. Всё это вызвало всеобщее признания Периодического закона и Периодической системы элементов. Эти испытания подтверждают непереходное значение открытие Периодического закона и его важность.

5. Периодическая система химических элементов — графическое выражение Периодического закона Д. И. Менделеева.

Периодическая система химических элементов — это классификация химических элементов, основана на определённых особенностях строения атомов химических элементов. Д. И. Менделеев состави её на основе Периодического закона, открытого в 1869 р. В то время Периодическая система содержала 63 химических элемента и по виду существенно отличалась от современной. Теперь в Периодическую систему входит около 120 химических элементов.

Периодическая система составлена в виде таблицы, в которой химические элементы расположены в определённом порядке: с ростом их атомных масс. Сейчас существует много версий изображения Периодической системы. Наиболее распространённым является отображением в виде таблицы с расположением элементов слева направо.

Одним из способов изображения Периодической системы элементов является графическое (табличное) выражение периодического закона химических элементов — так названный короткий вариант построения Периодической системы. Если же записать символы элементов каждого периода в отдельный ряд так, чтобы природные семейства (щелочные элементы, галогены, инертные элементы) образовали вертикальные столбики, то получим развёрнутый вариант периодической системы. В ней большие периоды разбиты на два ряда, а группы — на подгруппы: главную и побочную. Каждый химический элемент занимает в таблице определённое место и имеет свой порядковый номер.

6. Структурные единицы Периодической системы.

Основными структурными единицами Периодической системы являються периоды и группы.

Период — это горизонтальный ряд химических элементов, расположенных в порядке увеличения их относительных атомных масс, начинающихся щелочным металлом и заканчивающихся инертным газом.

В общем в таблице насчитывается 7 периодов. Из них первые три — малые периоды, так как каждый состоит из одного ряда химических элементов. Элементы 2-го и 3-го периодов называются типовыми, их свойства закономерно меняются от типового металла до инертного газа. С 4-го начинаються большие периоды (каждый состоит из двух рядов). В общем насчитывается 10 рядов. В больших периодах различают парные и непарные ряды. В парных рядах содержатся элементы-металлы, в непарных рядах свойства элементов меняются так, как у типовых элементов, то есть от металлических до неметаллических. Каждый период содержит определённое число химических элементов:

1-й период (малый) — 2 элемента;                   2-й период (малый) — 8 элементов;

3-й период (малый) — 8 элементов;                 4-й период (большой) — 18 элементов;

5-й период (большой) — 18 элементов;            6-й период (большой) — 32 элемента;

7-й период (большой) — не завершённый, содержит 24 элемента.

Чрезвычайно подобными по свойствам являються элементы, расположенные в середине больших периодов, в конце каждого парного ряда. Это так названные триады: Феррум — Кобальт — Никель, которые образуют семейство Феррума; Рутений — Родий — Палладий; Осмий — Иридий — Платина, которые образуют семейство платиновых металлов (платиноидов).

В нижней части таблицы Д. И. Менделеева расположены химические элементы, которые образуют семейство лантаноидов и семейство актиноидов.

Группа — это вертикальный столбик, в котором один под одним расположены подобные по свойствам химические элементы.

В общем в таблице содержится 8 групп. Каждая из них разделяется на две подгруппы:          А — главную и Б — побочную.

В состав главных подгрупп принадлежат элементы как малых, так и больших периодов, то есть главной подгруппы начинаються или с 1-го или со 2-го периода. В составе побочнях подгрупп входят элементы только больших периодов, то есть побочные подгруппы начинаються только с 4-го периода. Подгруппы образованы элементами с подобными свойствами. Главная подгруппа І группы содержат семейство щелочных металлов, VІI группы — семейство галогенов, VIІІ группы — инертных газов.

Свойства элементов в подгруппах закономерно меняются с увеличением относительной атомной массы. В главных подгруппах с увеличением атомной массы усиливаются металлические свойства элементов и простых веществ, а неметаллические ослабляются.

7. Основные закономерности Периодической системы.

1. В малых периодах с ростом относительных атомных масс элементов наблюдается постепенное ослабление металлических и усиление неметаллических свойств.

2. В больших периодах наблюдается определённая периодичность в смене свойств элементів. В парных рядах больших периодов металлические свойства элементов ослабевают медленно, потому все элементы парных рядов — это металлы. В непарных рядах больших периодов свойства элементов изменяются так же именно, как и у элементов малых периодов: металлические свойства ослабевают, а неметаллические — усиливаются.

3. Особенное подобие свойств проявляют элементы, расположенные в середине больших периодов, в конце каждого парного ряда. Это так названные триады: Феррум — Кобальт — Никель, образующие сімейство Феррума; Рутений — Родий — Палладий; Осмий — Иридий — Платина, образующих семейство платиновых металлов (платиноидов). Выделяют также сімейство лантаноидов (14 элементов 6-го периода) и семейство актиноидов (14 элементов 7-го периода). Элементы каждого из этих семейств по  свойствам очень подобны.

4. В группах по мере роста относительных атомных масс элементов их металлические свойства усиливаются, а неметаллические ослабевают (среди элементов побочных подгрупп встречаются исключения).

5. В Периодической системе усиливаются металлические свойства в группах сверху вниз и ослабление их в периодах слева направо обусловливают появление диагональной подобности. Так, Бериллий болем подобен Алюминию, нежели к Магнию, а Бор более  подобный Силицию, нежели к Алюминию.

6. У периодах валентность элементов растёт: в малых периодах — от 1 до 8, в  больших периодах — вдвое, чт и дало Д. И. Менделееву основание рас положить элементы больших периодов в два ряда.

7. В группах валентность элементов обачно соответствует номеру группы. Некоторые элементы побочных подгрупп могут проявить и другую валентность. Так, Купрум — элемент І группы побочной подгруппы — образует оксиды Сu2O и CuO и гидроксиды CuOH и Сu(OH)2, в которых валентность Купрума равно 1 и 2.

8. Элементы первых трёх групп — металлы, они не образу ют летучих соединений с Гидрогеном. Это характерно для элементов главных подгрупп IV–VII групп. При этом валентность элемента равна разнице между числом 8 и номером группы, в которой  располагается эемент.

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Закончить предложения:

В отличии от своїх предшественников, Д. И. Менделеев был глубоко убеждённый в существовании природного _________________ между всеми химическими элементами, как подобными так и отличительными. В середине  ХІХ ст. было известно _____ химических элемента. За основу систематизации химических элементов Д. И. Менделеев выбрал  ___________________________, считая, что она является основной характеристикой _________________________. Она не меняется в случае образования элементом простого или ______________ вещества. Располагая символы известных на то время химических элементов в ряд в порядке _____________________________________, он заметил, что элементы с подобными свойствами непоявляются непосредственно один за одним, а ___________________ повторяются. В __________ (1869) году он сформулировал  _____________________: свойства и  ___________________________, а также образованные ими ___________________ веществ пребывают в  ______________ зависимости от _______________________________ еэементов.

2. Назвать элементы по таким параметрам: а) принадлежат к IV группе и 3-му периоду;        б) принадлежат ко ІІ группе и 3-го периода. Составить формулы их высших оксидов. Какой химический характер они имеют?

3. Какой элемент проявляет сильнейшие металлические свойства: Na, Mg или Al? Составить формулы их оксидов.

4. Какой элемент проявляет сильнейшие неметаллические свойства: P, S і Cl? Составить формулы их оксидов.

5. Относительная атомная масса элемента равна 31. Он образует оксид, в котором массовая доля этого элемента составляет 0,437. Определить формулу этого оксида.

6. Летучее соединение элемента с Гидрогеном имеет общую формулу RH3. К какой группы принадлежит этот элемент? Составить формулы всех летучих соединений, имеющих такой состав.

 

Поделиться:

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры