ОТКРИВАНЕ НА ПЕРИОДИЧНИЯ ЗАКОН
Периодичният закон е открит от Д. И. Менделеев, докато работи върху текста на учебника „Основи на химията“, когато среща трудности при систематизирането на фактическия материал. До средата на февруари 1869 г., обмисляйки структурата на учебника, ученият постепенно стигна до извода, че свойствата на простите вещества и атомните маси на елементите са свързани по определен модел.
Откриването на периодичната таблица на елементите не е направено случайно, това е резултат от огромна работа, дълга и упорита работа, която е похарчена от самия Дмитрий Иванович и много химици от неговите предшественици и съвременници. „Когато започнах да финализирам своята класификация на елементите, написах на отделни карти всеки елемент и неговите съединения и след това, подреждайки ги в реда на групи и серии, получих първата визуална таблица на периодичния закон. Но това беше само последният акорд, резултатът от цялата предишна работа...”, каза ученият. Менделеев подчерта, че откритието му е резултат от двадесет години мислене за връзките между елементите, мислене за връзките на елементите от всички страни.
На 17 февруари (1 март) ръкописът на статията, съдържащ таблица, озаглавена „Експеримент върху система от елементи, базирана на техните атомни тегла и химически сходства“, беше завършен и предаден на печатницата с бележки за наборчици и дата „17 февруари 1869 г.“ Съобщението за откритието на Менделеев е направено от редактора на Руското химическо общество, професор Н. А. Меншуткин, на събрание на обществото на 22 февруари (6 март) 1869 г. Самият Менделеев не присъства на събранието, тъй като по това време, по указание на Свободното икономическо общество той изследва заводите за сирене в Тверская и Новгородската губерния.
В първата версия на системата елементите са подредени от учения в деветнадесет хоризонтални реда и шест вертикални колони. На 17 февруари (1 март) откриването на периодичния закон в никакъв случай не беше завършено, а само започна. Дмитрий Иванович продължи своето развитие и задълбочаване още почти три години. През 1870 г. Менделеев публикува втората версия на системата в „Основи на химията“ („Естествена система от елементи“): хоризонтални колони от аналогови елементи, превърнати в осем вертикално подредени групи; шестте вертикални колони на първата версия станаха периоди, започващи с алкален метал и завършващи с халоген. Всеки период беше разделен на две серии; елементи от различни серии, включени в групата, образуват подгрупи.
Същността на откритието на Менделеев е, че с увеличаване на атомната маса на химичните елементи техните свойства не се променят монотонно, а периодично. След определен брой елементи с различни свойства, подредени в нарастващо атомно тегло, свойствата започват да се повтарят. Разликата между работата на Менделеев и работата на неговите предшественици беше, че Менделеев нямаше една основа за класифициране на елементите, а две - атомна маса и химично сходство. За да се спази напълно периодичността, Менделеев коригира атомните маси на някои елементи, постави няколко елемента в своята система, противно на приетите по това време идеи за сходството им с други, и остави празни клетки в таблицата, където елементите, които все още не са открити е трябвало да бъде поставен.
През 1871 г., въз основа на тези трудове, Менделеев формулира периодичния закон, чиято форма беше донякъде подобрена с течение на времето.
Периодичната таблица на елементите оказа голямо влияние върху последващото развитие на химията. Това не само беше първата естествена класификация на химичните елементи, показваща, че те образуват хармонична система и са в тясна връзка помежду си, но беше и мощен инструмент за по-нататъшни изследвания. По времето, когато Менделеев съставя таблицата си въз основа на открития от него периодичен закон, много елементи все още са неизвестни. Менделеев не само беше убеден, че трябва да има все още неизвестни елементи, които биха запълнили тези пространства, но също така предсказа предварително свойствата на такива елементи въз основа на тяхното положение сред другите елементи на периодичната таблица. През следващите 15 години предсказанията на Менделеев бяха брилянтно потвърдени; бяха открити и трите очаквани елемента (Ga, Sc, Ge), което беше най-големият триумф на периодичния закон.
DI. Менделеев представи ръкописа „Опитът на система от елементи въз основа на тяхното атомно тегло и химическо сходство“ // Президентска библиотека // Ден в историята http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
РУСКО ХИМИЧЕСКО ДРУЖЕСТВО
Руското химическо общество е научна организация, основана в Санкт Петербургския университет през 1868 г. и е доброволно сдружение на руски химици.
Необходимостта от създаване на Обществото беше обявена на 1-вия конгрес на руските естествоизпитатели и лекари, проведен в Санкт Петербург в края на декември 1867 г. - началото на януари 1868 г. На конгреса беше обявено решението на участниците в Химическата секция :
„Химическата секция изрази единодушно желание да се обедини в Химическо дружество за комуникация на вече създадените сили на руските химици. Секцията вярва, че това общество ще има членове във всички градове на Русия и че изданието му ще включва трудовете на всички руски химици, публикувани на руски език.
По това време вече са създадени химически дружества в няколко европейски страни: Лондонското химическо дружество (1841), Френското химическо дружество (1857), Германското химическо дружество (1867); Американското химическо дружество е основано през 1876 г.
Уставът на Руското химическо дружество, съставен главно от Д. И. Менделеев, е одобрен от Министерството на народното просвещение на 26 октомври 1868 г., а първото събрание на дружеството се състоя на 6 ноември 1868 г. Първоначално в него участват 35 химици от Санкт Петербург, Казан, Москва, Варшава, Киев, Харков и Одеса. Н. Н. Зинин става първият президент на Руското културно дружество, а Н. А. Меншуткин става секретар. Членовете на дружеството плащат членски внос (10 рубли на година), нови членове се приемат само по препоръка на трима съществуващи. През първата година от съществуването си RCS нарасна от 35 на 60 членове и продължи да расте плавно през следващите години (129 през 1879 г., 237 през 1889 г., 293 през 1899 г., 364 през 1909 г., 565 през 1917 г.).
През 1869 г. Руското химическо дружество придобива собствен печатен орган - Вестник на Руското химическо общество (ZHRKhO); Списанието излиза 9 пъти годишно (ежемесечно, с изключение на летните месеци). Редактор на ZhRKhO от 1869 до 1900 г. е Н. А. Меншуткин, а от 1901 до 1930 г. - А. Е. Фаворски.
През 1878 г. Руското химическо дружество се слива с Руското физическо дружество (основано през 1872 г.), за да образува Руското физико-химическо дружество. Първите президенти на Руското федерално химическо дружество са А. М. Бутлеров (1878-1882 г.) и Д. И. Менделеев (1883-1887 г.). Във връзка с обединението през 1879 г. (от 11-ти том) „Списанието на Руското химическо общество“ е преименувано на „Списание на Руското физико-химическо общество“. Честотата на публикуване беше 10 броя годишно; Списанието се състоеше от две части - химическа (ZhRKhO) и физическа (ZhRFO).
Много произведения на класиците на руската химия бяха публикувани за първи път на страниците на ZhRKhO. Особено можем да отбележим работата на Д. И. Менделеев за създаването и развитието на периодичната таблица на елементите и А. М. Бутлеров, свързана с развитието на неговата теория за структурата на органичните съединения; изследвания на Н. А. Меншуткин, Д. П. Коновалов, Н. С. Курнаков, Л. А. Чугаев в областта на неорганичната и физическа химия; В. В. Марковников, Е. Е. Вагнер, А. М. Зайцев, С. Н. Реформатски, А. Е. Фаворски, Н. Д. Зелински, С. В. Лебедев и А. Е. Арбузов в областта на органичната химия. През периода от 1869 до 1930 г. в ZhRKhO са публикувани 5067 оригинални химически изследвания, резюмета и обзорни статии по определени въпроси на химията, както и преводи на най-интересните произведения от чуждестранни списания.
RFCS става основател на Менделееви конгреси по обща и приложна химия; Първите три конгреса се провеждат в Санкт Петербург през 1907, 1911 и 1922 г. През 1919 г. публикуването на ZHRFKhO е спряно и възобновено едва през 1924 г.
История на откриването на периодичния закон.
През зимата на 1867-68 г. Менделеев започва да пише учебника „Основи на химията“ и веднага среща трудности при систематизирането на фактическия материал. До средата на февруари 1869 г., обмисляйки структурата на учебника, той постепенно стигна до извода, че свойствата на простите вещества (а това е формата на съществуване на химичните елементи в свободно състояние) и атомните маси на елементите са свързани с определен модел.
Менделеев не знаеше много за опитите на своите предшественици да подредят химичните елементи в реда на увеличаване на атомните маси и за инцидентите, възникнали в този случай. Например, той нямаше почти никаква информация за работата на Шанкуртоа, Нюландс и Майер.
Решаващият етап от неговите мисли идва на 1 март 1869 г. (14 февруари стар стил). Ден по-рано Менделеев написа молба за отпуск за десет дни, за да разгледа мандрите на артел в Тверска губерния: той получи писмо с препоръки за изучаване на производството на сирене от А. И. Ходнев, един от лидерите на Свободното икономическо общество.
На закуска Менделеев има неочаквана идея: да сравни еднаквите атомни маси на различни химични елементи и техните химични свойства.
Без да мисли два пъти, на гърба на писмото на Ходнев той записва символите за хлор Cl и калий K с доста близки атомни маси, равни съответно на 35,5 и 39 (разликата е само 3,5 единици). На същото писмо Менделеев скицира символи на други елементи, търсейки подобни „парадоксални“ двойки сред тях: флуор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, йод I и цезий Cs, за които масовата разлика се увеличава от 4,0 до 5,0 , а след това до 6.0. Тогава Менделеев не би могъл да знае, че „неопределената зона“ между очевидните неметали и метали съдържа елементи - благородни газове, чието откриване впоследствие значително ще промени Периодичната система.
След закуска Менделеев се заключи в кабинета си. Той извади купчина визитни картички от бюрото и започна да пише на гърба им символите на елементите и основните им химични свойства.
След известно време домакинството чува звука, идващ от офиса: "О-о! Рогат. Леле, какъв рогат! Ще ги победя. Ще ги убия!" Тези възклицания означаваха, че Дмитрий Иванович има творческо вдъхновение.Менделеев премества карти от един хоризонтален ред в друг, ръководейки се от стойностите на атомната маса и свойствата на простите вещества, образувани от атоми на същия елемент. Отново задълбочените познания по неорганична химия му идват на помощ. Постепенно започна да се очертава формата на бъдещата Периодична таблица на химичните елементи.
И така, първо той постави карта с елемента берилий Be (атомна маса 14) до карта с елемента алуминий Al (атомна маса 27,4), според тогавашната традиция, погрешно берилий за аналог на алуминия. След това обаче, след като сравнява химичните свойства, той поставя берилий пред магнезий Mg. Съмнявайки се в тогавашната общоприета стойност на атомната маса на берилия, той я променя на 9,4 и променя формулата на берилиевия оксид от Be 2 O 3 на BeO (като магнезиевия оксид MgO). Между другото, „коригираната“ стойност на атомната маса на берилий беше потвърдена едва десет години по-късно. Той действаше също толкова смело и в други случаи.
Постепенно Дмитрий Иванович стигна до окончателното заключение, че елементите, подредени в нарастващ ред на техните атомни маси, показват ясна периодичност на физичните и химичните свойства. През целия ден Менделеев работи върху системата от елементи, като прекъсва за кратко, за да играе с дъщеря си Олга и да обядва и вечеря. Вечерта на 1 март 1869 г. той напълно пренаписва таблицата, която е съставил, и под заглавието „Опит на система от елементи, основана на тяхното атомно тегло и химическо сходство“, я изпраща в печатницата, като прави бележки за наборчици и поставяне на датата „17 февруари 1869 г.“ (стар стил).
Така е открит Периодичният закон, чиято съвременна формулировка е следната:
„Свойствата на простите вещества, както и формите и свойствата на съединенията на елементите, периодично зависят от заряда на ядрата на техните атоми“
По това време Менделеев е само на 35 години. Менделеев изпрати отпечатани листове с таблицата на елементите на много местни и чуждестранни химици и едва след това напусна Санкт Петербург, за да инспектира фабриките за сирене.
Преди да замине, той все пак успя да предаде на Н. А. Меншуткин, органичен химик и бъдещ историк на химията, ръкописа на статията „Връзка на свойствата с атомното тегло на елементите“ - за публикуване в списанието на Руското химическо общество и за комуникация на предстоящата среща на дружеството.
След откриването на периодичния закон, Менделеев имаше много повече работа. Причината за периодичната промяна на свойствата на елементите остава неизвестна и структурата на самата периодична система, където свойствата се повтарят през седем елемента на осмия, не може да бъде обяснена. Първата завеса на мистерията обаче беше премахната от тези числа: във втория и третия период на системата имаше точно седем елемента.
Менделеев не е поставил всички елементи в ред на увеличаване на атомните маси; в някои случаи той се ръководи повече от сходството на химичните свойства. Така атомната маса на кобалта Co е по-голяма от тази на никела Ni, а телурът Te също е по-голям от този на йода I, но Менделеев ги поставя в реда Co - Ni, Te - I, а не обратното. В противен случай телурът би попаднал в групата на халогените и йодът би станал роднина на селена.
Най-важното в откриването на Периодичния закон е предсказанието за съществуването на химични елементи, които все още не са открити.
Под алуминий Al Менделеев остави място за неговия аналог „ека-алуминий“, под бор В - за „ека-бор“, а под силиций Si - за „ека-силиций“.
Така Менделеев нарича още неоткритите химически елементи. Той дори им даде символите El, Eb и Es.
По отношение на елемента "екзасилиций" Менделеев пише: "Струва ми се, че най-интересният от несъмнено липсващите метали ще бъде този, който принадлежи към IV група на въглеродните аналози, а именно към III ред. Това ще бъде металът непосредствено след силиция и затова ще го наречем екасилиций." Всъщност този все още неоткрит елемент трябваше да се превърне в нещо като „ключалка“, свързваща два типични неметала - въглерод С и силиций Si - с два типични метала - калай Sn и олово Pb.
Не всички чуждестранни химици веднага оцениха значението на откритието на Менделеев. Промени много в света на установените идеи. Така немският физикохимик Вилхелм Оствалд, бъдещ лауреат на Нобелова награда, твърди, че не е открит закон, а принцип на класификация на „нещо несигурно“. Германският химик Робърт Бунзен, който открива два нови алкални елемента, рубидий Rb и цезий Cs, през 1861 г., пише, че Менделеев пренася химиците „в пресиления свят на чистите абстракции“.
Всяка година периодичният закон печели все повече привърженици, а неговият откривател получава все по-голямо признание. В лабораторията на Менделеев започват да се появяват високопоставени посетители, сред които дори великият княз Константин Николаевич, управител на военноморския отдел.
Менделеев точно предсказа свойствата на ека-алуминия: неговата атомна маса, плътността на метала, формулата на El 2 O 3 оксид, ElCl 3 хлорид, El 2 (SO 4) 3 сулфат. След откриването на галия тези формули започват да се записват като Ga 2 O 3, GaCl 3 и Ga 2 (SO 4) 3.
Менделеев предвиди, че това ще бъде много топим метал и наистина точката на топене на галия се оказа равна на 29,8 C o. По отношение на топимостта галият е на второ място след живака Hg и цезия Cs.
През 1886 г. професорът в Минната академия във Фрайбург, немският химик Клеменс Винклер, анализирайки редкия минерал аргиродит със състав Ag 8 GeS 6, открива друг елемент, предсказан от Менделеев. Винклер нарече открития от него елемент германий Ge в чест на родината си, но по някаква причина това предизвика остри възражения от страна на някои химици. Те започнаха да обвиняват Винклер в национализъм, в присвояване на откритието, направено от Менделеев, който вече беше дал на елемента името „екасилиций“ и символа Es. Обезсърчен, Винклер се обърна за съвет към самия Дмитрий Иванович. Той обясни, че именно откривателят на новия елемент трябва да му даде име.
Менделеев не може да предвиди съществуването на група благородни газове и отначало те не намират място в периодичната система.
Откриването на аргон Ar от английските учени У. Рамзи и Дж. Рейли през 1894 г. веднага предизвика разгорещени дискусии и съмнения относно периодичния закон и периодичната таблица на елементите. Менделеев първоначално смята аргона за алотропна модификация на азота и едва през 1900 г., под натиска на неизменни факти, се съгласява с наличието на „нулева“ група химични елементи в периодичната таблица, която е заета от други благородни газове, открити след аргона. Сега тази група е известна като VIIIA.
През 1905 г. Менделеев пише: „Очевидно бъдещето не заплашва периодичния закон с унищожение, а само обещава надстройки и развитие, въпреки че като руснак те искаха да ме изтрият, особено германците.“
Откриването на Периодичния закон ускорява развитието на химията и откриването на нови химични елементи.
Структура на периодичната таблица:
периоди, групи, подгрупи.
И така, открихме, че периодичната система е графичен израз на периодичния закон.
Всеки елемент заема определено място (клетка) в периодичната таблица и има свой сериен (атомен) номер. Например:
Менделеев нарича хоризонтални редици от елементи, в рамките на които свойствата на елементите се променят последователно периоди(започнете с алкален метал (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) и завършете с благороден газ (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)). Изключения: първият период, който започва с водород, и седмият период, който е непълен. Периодите са разделени на малъкИ голям. Малките периоди се състоят от единхоризонтален ред. Първият, вторият и третият период са малки, съдържат 2 елемента (1-ви период) или 8 елемента (2-ри, 3-ти периоди).
Големите периоди се състоят от два хоризонтални реда. Четвъртият, петият и шестият период са големи, съдържат 18 елемента (4-ти, 5-ти периоди) или 32 елемента (6-ти, 7-ми периоди). Горни редовесе наричат дълги периоди дори, долните редове са странни.
В шестия период лантанидите и в седмия период актинидите са разположени в долната част на периодичната таблица.Във всеки период отляво надясно металните свойства на елементите отслабват, а неметалните се увеличават. В четните редове с големи периоди има само метали. В резултат на това таблицата има 7 периода, 10 реда и 8 вертикални колони, т.нар групи –
е съвкупност от елементи, които имат еднаква най-висока валентност в оксидите и в други съединения. Тази валентност е равна на номера на групата.
Изключения:
В група VIII само Ru и Os имат най-висока валентност VIII.
Групите са вертикални последователности от елементи, те са номерирани с римски цифри от I до VIII и руски букви A и B. Всяка група се състои от две подгрупи: основна и второстепенна. Основната подгрупа – А, съдържа елементи от малки и големи периоди. Странична подгрупа - B, съдържа елементи само от големи периоди. Те включват елементи от периоди, започващи от четвъртия.
В основните подгрупи, отгоре надолу, металните свойства се засилват, а неметалните свойства се отслабват. Всички елементи от вторичните подгрупи са метали.
В гимназията Д. И. Менделеев отначало учи посредствено. В тримесечните отчети, запазени в архива му, има много задоволителни оценки, като те са повече в долните и средните класове. В гимназията Д. И. Менделеев се интересува от физико-математически науки, както и от история и география, а също така се интересува от структурата на Вселената. Постепенно успехите на младия ученик нарастват в дипломата му, получена на 14 юли 1849 г. имаше само две задоволителни оценки: по закон божи (предмет, който той не харесваше) и по руска литература (по този предмет не можеше да има добра оценка, тъй като Менделеев не знаеше добре църковнославянския език). Гимназията остави в душата на Д. И. Менделеев много ярки спомени за учители: за Пьотър Павлович Ершов - (автор на приказката „Малкият гърбав кон“), който първо беше наставник, а след това директор на Тоболската гимназия; за И. К. Румел - (учител по физика и математика), който му разкрива начините за разбиране на природата. Лятото на 1850 г премина в беда. Първоначално Д. И. Менделеев подаде документи в Медико-хирургическата академия, но не издържа първия тест - присъствие в анатомичния театър. Майка ми предложи друг път - да стана учител. Но приемането в Главния педагогически институт се състоя година по-късно и точно през 1850 г. нямаше рецепция. За щастие, петицията имаше ефект, той беше записан в института на държавна подкрепа. Още през втората си година Дмитрий Иванович се интересува от лабораторни занятия и интересни лекции.
През 1855 г. Д. И. Менделеев блестящо завършва института със златен медал. Удостоен е със званието старши учител. 27 август 1855 г Менделеев получава документи за назначаването му като старши учител в Симферопол. Дмитрий Иванович работи много: преподава математика, физика, биология и физическа география. В продължение на две години той публикува 70 статии в списанието на Министерството на народното просвещение.
През април 1859 г. младият учен Менделеев е изпратен в чужбина, „за да усъвършенства науката си“. Среща се с руския химик Н. Н. Бекетов, с известния химик М. Бертло.
През 1860 г. Д. И. Менделеев участва в първия международен конгрес на химиците в германския град Карлсруе.
През декември 1861 г. Менделеев става ректор на университета.
Менделеев видя три обстоятелства, които според него са допринесли за откриването на периодичния закон:
Първо, атомните тегла на повечето известни химични елементи бяха повече или по-малко точно определени;
Второ, появи се ясна концепция за групи от елементи с подобни химични свойства (естествени групи);
Трето, през 1869г Изследвана е химията на много редки елементи, без познаването на които би било трудно да се стигне до някакво обобщение.
И накрая, решаващата стъпка към откриването на закона е, че Менделеев сравнява всички елементи според техните атомни тегла.
През септември 1869г Д. И. Менделеев показа, че атомните обеми на простите вещества периодично зависят от атомните тегла, а през октомври откри валентностите на елементите в солеобразуващите оксиди.
Лятото на 1870 г Менделеев намери за необходимо да промени неправилно определените атомни тегла на индий, церий, итрий, торий и уран и във връзка с това промени разположението на тези елементи в системата. Така уранът се оказва последният елемент в естествения ред и най-тежкият по атомно тегло.
С откриването на нови химични елементи все повече се усещаше необходимостта от тяхното систематизиране. През 1869 г. Д. И. Менделеев създава периодичната таблица на елементите и открива закона, който стои в основата й. Това откритие е теоретичен синтез на цялото предишно развитие на 10 век. : Менделеев сравнява физичните и химичните свойства на всички 63 известни тогава химични елемента с техните атомни тегла и открива връзката между двете най-важни количествено измерени свойства на атомите, върху които е изградена цялата химия - атомно тегло и валентност.
Много години по-късно Менделеев описва своята система по следния начин: „Това е най-доброто обобщение на моите възгледи и съображения относно периодичността на елементите.“ Менделеев първо цитира каноничната формулировка на периодичния закон, който съществува преди физическото му обосноваване: „Свойствата на елементите и следователно свойствата на простите и сложните тела, образувани от тях, зависят периодично от тяхното атомно тегло.
По-малко от шест години по-късно новината се разпространява по целия свят: през 1875г. Младият френски спектроскопист P. Lecoq de Boisbaudran изолира нов елемент от минерал, добит в планините Пиренеи. Boisbaudran беше отведен до следата от слаба виолетова линия в спектъра на минерала, която не можеше да се припише на нито един от известните химически елементи. В чест на родината си, която в древността се е наричала Галия, Боабодран нарекъл новия елемент галий. Галият е много рядък метал и Боабодран трябваше да работи по-усилено, за да го получи в количества, малко по-големи от главата на карфица. Представете си изненадата на Boisbaudran, когато чрез Парижката академия на науките той получи писмо с руски печат, в което се казваше: в описанието на свойствата на галия всичко е правилно, с изключение на плътността: галият е по-тежък от водата не 4,7 пъти, както твърди Boisbaudran, но 5. 9 пъти. Някой друг пръв ли е открил галия? Boisbaudran преопределя плътността на галия, като подлага метала на по-щателно пречистване. И се оказа, че той греши, а авторът на писмото - това беше, разбира се, Менделеев, който никога не беше виждал галий - беше прав: относителната плътност на галия не е 4,7, а 5,9.
И 16 години след предсказанието на Менделеев немският химик К. Винклер открива нов елемент (1886 г.) и го нарича германий. Този път самият Менделеев не трябваше да изтъква, че този новооткрит елемент е бил предсказан от него по-рано. Винклер отбеляза, че германият напълно съответства на ека-силиция на Менделеев. Винклер пише в своя труд: „Едва ли може да се намери друго по-удивително доказателство за валидността на доктрината за периодичността, отколкото в новооткрития елемент. Това не е просто потвърждение на една смела теория, тук виждаме очевидно разширяване на химическите хоризонти, мощна стъпка в областта на знанието.“
Съществуването в природата на повече от десет нови елемента, неизвестни на никого, е предсказано от самия Менделеев. За дузина елементи той предсказа
Правилно атомно тегло. Всички последващи търсения на нови елементи в природата са извършени от изследователи, използващи периодичния закон и периодичната система. Те не само помогнаха на учените в търсенето на истината, но и допринесоха за коригирането на грешки и погрешни схващания в науката.
Предсказанията на Менделеев се сбъдват блестящо – открити са три нови елемента: галий, скандий, германий. Берилиевата мистерия, която отдавна измъчва учените, е разрешена. Неговото атомно тегло най-накрая беше точно определено и мястото на елемента до лития беше потвърдено веднъж завинаги. До 90-те години на 19в. , според Менделеев, „периодичната законност е станала по-силна“. Учебниците по химия в различни страни несъмнено са започнали да включват периодичната система на Менделеев. Голямото откритие получи всеобщо признание.
Съдбата на великите открития понякога е много трудна. По пътя си те срещат изпитания, които понякога дори поставят под съмнение истинността на откритието. Такъв беше случаят с периодичната таблица на елементите.
Това беше свързано с неочакваното откритие на набор от газообразни химически елементи, наречени инертни или благородни газове. Първият от тях е хелият. Почти всички справочници и енциклопедии датират откриването на хелия през 1868 г. и това събитие се свързва с френския астроном Дж. Янсен и английския астрофизик Н. Локиър. Янсен присъства на пълно слънчево затъмнение в Индия през август 1868 г. И основната му заслуга е, че успя да наблюдава слънчевите протуберанци след края на затъмнението. Те са наблюдавани само по време на затъмнение. Локиър също наблюдава изпъкналости. Без да напуска Британските острови, в средата на октомври същата година. И двамата учени изпратиха описания на своите наблюдения в Парижката академия на науките. Но тъй като Лондон е много по-близо до Париж, отколкото до Калкута, писмата почти едновременно пристигат при адресата на 26 октомври. Не за някакъв нов елемент, за който се предполага, че присъства на Слънцето. В тези писма нямаше нито дума.
Учените започнаха да изучават подробно спектрите на протуберанциите. И скоро се появиха съобщения, че те съдържат линия, която не може да принадлежи към спектъра на нито един от елементите, съществуващи на Земята. През януари 1869г Италианският астроном А. Секи го обозначава като. В този запис той влезе в историята на науката като призрачен „континент“. На 3 август 1871 г. физикът У. Томсън говори публично за новата слънчева клетка на годишна среща на британски учени.
Това е истинската история за откриването на хелий в Слънцето. Дълго време никой не можеше да каже какъв е този елемент или какви са неговите свойства. Някои учени като цяло отхвърлиха съществуването на хелий на земята, тъй като той можеше да съществува само при условия на високи температури. Хелият е открит на Земята едва през 1895 г.
Това е естеството на произхода на таблицата на Д. И. Менделеев.
Създаването на атомно-молекулярната теория в началото на 19-19 век е придружено от бързо нарастване на броя на известните химични елементи. Само през първото десетилетие на 19 век са открити 14 нови елемента. Рекордьор сред откривателите е английският химик Хъмфри Дейви, който за една година с помощта на електролиза е получил 6 нови прости вещества (натрий, калий, магнезий, калций, барий, стронций). И до 1830 г. броят на известните елементи достига 55.
Съществуването на такъв брой елементи, разнородни по своите свойства, озадачава химиците и изисква подреждане и систематизиране на елементите. Много учени търсеха модели в списъка с елементи и постигнаха известен напредък. Можем да подчертаем три най-значими произведения, които оспориха приоритета на откриването на периодичния закон от D.I. Менделеев.
Менделеев формулира периодичния закон под формата на следните основни принципи:
- 1. Елементите, подредени според атомното тегло, представляват ясна периодичност на свойствата.
- 2. Трябва да очакваме откриването на много повече неизвестни прости тела, например елементи, подобни на Al и Si с атомно тегло 65 - 75.
- 3. Атомното тегло на даден елемент понякога може да бъде коригирано чрез познаване на неговите аналози.
Някои аналогии се разкриват от размера на теглото на техния атом. Първото положение е известно още преди Менделеев, но именно той му придава характера на универсален закон, предсказвайки на негова основа съществуването на все още неоткрити елементи, променяйки атомните тегла на редица елементи и подреждайки някои елементи в таблицата в противоречие с техните атомни тегла, но в пълно съответствие с техните свойства (главно по валентност). Останалите разпоредби са открити само от Менделеев и са логически следствия от периодичния закон. Правилността на тези следствия беше потвърдена от много експерименти през следващите две десетилетия и направи възможно да се говори за периодичния закон като строг закон на природата.
Използвайки тези разпоредби, Менделеев състави своя собствена версия на периодичната таблица на елементите. Първият проект на таблицата на елементите се появява на 17 февруари (1 март, нов стил) 1869 г.
И на 6 март 1869 г. професор Меншуткин направи официално съобщение за откритието на Менделеев на среща на Руското химическо общество.
В устата на учения е вложено следното признание: Виждам насън маса, на която всички елементи са подредени според нуждите. Събудих се и веднага го записах на лист - само на едно място по-късно се оказа необходимост от корекция. Колко просто е всичко в легендите! Отне повече от 30 години от живота на учения, за да го развие и коригира.
Процесът на откриване на периодичния закон е поучителен и самият Менделеев говори за него така: „Неволно възникна идеята, че трябва да има връзка между масата и химичните свойства.
И тъй като масата на веществото, макар и не абсолютна, а само относителна, в крайна сметка се изразява под формата на атомни тегла, необходимо е да се търси функционално съответствие между отделните свойства на елементите и техните атомни тегла. Не можете да търсите нищо, дори гъби или някаква зависимост, освен като търсите и опитвате.
Така че започнах да избирам, записвайки на отделни карти елементи с техните атомни тегла и фундаментални свойства, подобни елементи и подобни атомни тегла, което бързо доведе до заключението, че свойствата на елементите периодично зависят от тяхното атомно тегло, и, съмнявайки се в много неясноти , нито за минута не се усъмних в обобщеността на направения извод, тъй като е невъзможно да се допуснат инциденти.
В първата периодична таблица всички елементи до и включително калций са същите като в съвременната таблица, с изключение на благородните газове. Това се вижда от фрагмент от страница от статия на D.I. Менделеев, съдържаща периодичната таблица на елементите.
Въз основа на принципа на увеличаване на атомните тегла, следващите елементи след калция трябва да са ванадий, хром и титан. Но Менделеев постави въпросителен знак след калция и след това постави титана, променяйки атомното му тегло от 52 на 50.
На неизвестния елемент, обозначен с въпросителен знак, е приписано атомно тегло A = 45, което е средноаритметичното между атомните тегла на калция и титана. След това, между цинка и арсена, Менделеев остави място за два елемента, които все още не бяха открити. Освен това той постави телур пред йода, въпреки че последният има по-ниско атомно тегло. При това подреждане на елементите всички хоризонтални редове в таблицата съдържаха само подобни елементи и периодичността на промените в свойствата на елементите беше ясно очевидна. През следващите две години Менделеев значително подобрява системата от елементи. През 1871 г. е публикувано първото издание на учебника на Дмитрий Иванович „Основи на химията“, който представя периодичната система в почти съвременна форма.
В таблицата са формирани 8 групи от елементи, номерата на групите показват най-високата валентност на елементите от онези серии, които са включени в тези групи, а периодите стават по-близки до съвременните, разделени на 12 серии. Сега всеки период започва с активен алкален метал и завършва с типичен неметален халоген.Втората версия на системата направи възможно на Менделеев да предскаже съществуването не на 4, а на 12 елемента и, предизвиквайки научния свят, с удивителни с точност той описва свойствата на три неизвестни елемента, които нарича екабор (ека на санскрит означава „едно и също“), ека-алуминий и ека-силиций. (Галия е древното римско име на Франция). Ученият успява да изолира този елемент в чист вид и да изследва свойствата му. И Менделеев видя, че свойствата на галия съвпадат със свойствата на ека-алуминия, който той предсказа, и каза на Lecoq de Boisbaudran, че неправилно е измерил плътността на галия, която трябва да бъде равна на 5,9-6,0 g/cm3 вместо 4,7 g /cm3. Наистина, по-внимателни измервания доведоха до правилната стойност от 5,904 g/cm3. Окончателно признаване на периодичния закон на D.I. Менделеев е постигнато след 1886 г., когато немският химик К. Винклер, анализирайки сребърна руда, получава елемент, който нарича германий. Оказва се екасилиций.
Периодичен закон и периодична система от елементи.
Периодичният закон е един от най-важните закони на химията. Менделеев смята, че основната характеристика на елемента е неговата атомна маса. Затова той подрежда всички елементи в един ред по ред на увеличаване на атомната маса.
Ако разгледаме редица елементи от Li до F, можем да видим, че металните свойства на елементите са отслабени, а неметалните свойства са подобрени. Свойствата на елементите в редицата от Na до Cl се променят по подобен начин. Следващият знак K, подобно на Li и Na, е типичен метал.
Най-високата валентност на елементите нараства от I y Li до V y N (кислородът и флуорът имат постоянна валентност, съответно II и I) и от I y Na до VII y Cl. Следващият елемент K, подобно на Li и Na, има валентност I. В поредицата от оксиди от Li2O до N2O5 и хидроксиди от LiOH до HNO3 основните свойства са отслабени и киселинните свойства са засилени. Свойствата на оксидите се променят по подобен начин в серията от Na2O и NaOH до Cl2O7 и HClO4. Калиевият оксид K2O, подобно на литиевите и натриевите оксиди Li2O и Na2O, е основен оксид, а калиевият хидроксид KOH, подобно на литиевите и натриевите хидроксиди LiOH и NaOH, е типична основа.
Формите и свойствата на неметалите се променят по подобен начин от CH4 към HF и от SiH4 към HCl.
Този характер на свойствата на елементите и техните съединения, който се наблюдава при увеличаване на атомната маса на елементите, се нарича периодична промяна. Свойствата на всички химични елементи се променят периодично с увеличаване на атомната маса.
Тази периодична промяна се нарича периодична зависимост на свойствата на елементите и техните съединения от атомната маса.
Следователно Д.И. Менделеев формулира открития от него закон по следния начин:
· Свойствата на елементите, както и формите и свойствата на съединенията на елементите, са периодично зависими от атомната маса на елементите.
Менделеев подрежда периодите на елементите един под друг и в резултат на това съставя периодичната таблица на елементите.
Той каза, че таблицата на елементите е плод не само на неговата собствена работа, но и на усилията на много химици, сред които той особено отбеляза „укрепителите на периодичния закон“, които откриха елементите, които той предсказа.
Създаването на модерна маса изисква много години упорит труд на хиляди и хиляди химици и физици. Ако Менделеев беше жив днес, гледайки съвременната таблица на елементите, той би могъл да повтори думите на английския химик Дж. У. Мелър, автор на класическата 16-томна енциклопедия по неорганична и теоретична химия. След като завършва работата си през 1937 г., след 15 години работа, той пише с благодарност на заглавната страница: „Посветен на редниците на огромна армия от химици. Имената им се забравят, делата им остават...
Периодичната система е класификация на химичните елементи, която установява зависимостта на различни свойства на елементите от заряда на атомното ядро. Системата е графичен израз на периодичния закон. Към октомври 2009 г. са известни 117 химични елемента (с поредни номера от 1 до 116 и 118), от които 94 се срещат в природата (някои само в следи от количества). Останалите23 са получени изкуствено в резултат на ядрени реакции - това е процесът на трансформация на атомните ядра, който възниква при взаимодействието им с елементарни частици, гама лъчи и помежду им, обикновено водещ до освобождаване на колосални количества енергия. Първите 112 елемента имат постоянни имена, останалите имат временни имена.
Откриването на елемент 112 (най-тежкият от официалните) е признато от Международния съюз по чиста и приложна химия.
Най-стабилният известен изотоп на този елемент има полуживот от 34 секунди. В началото на юни 2009 г. носи неофициалното име унунбий, за първи път е синтезиран през февруари 1996 г. в ускорителя на тежки йони в Института за тежки йони в Дармщат. Откривателите разполагат с шест месеца, за да предложат ново официално име, което да добавят към таблицата (те вече предложиха Wickhausius, Helmholtzius, Venusius, Frischius, Strassmannius и Heisenbergius). В момента са известни трансуранови елементи с номера 113-116 и 118, получени в Обединения институт за ядрени изследвания в Дубна, но все още не са официално признати. По-често срещани от други са 3 форми на периодичната таблица: „къса“ (къс период), „дълга“ (дълъг период) и „свръхдълга“. В „супер дългата“ версия всеки период заема точно един ред. В „дългата“ версия лантанидите (семейство от 14 химични елемента с поредни номера 58-71, разположени в VI период на системата) и актинидите (семейство радиоактивни химични елементи, състоящи се от актиний и 14 подобни на него в техните химични свойства) се премахват от общата таблица, което я прави по-компактна. В „кратката“ форма на запис, в допълнение към това, четвъртият и следващите периоди заемат по 2 реда; Символите на елементите на главната и вторичната подгрупи са подравнени спрямо различни ръбове на клетките. Кратката форма на таблицата, съдържаща осем групи елементи, беше официално изоставена от IUPAC през 1989 г. Въпреки препоръката да се използва дългата форма, кратката форма продължи да се дава в голям брой руски справочници и ръководства след това време. От съвременната чужда литература кратката форма е напълно изключена, а вместо нея се използва дългата. Някои изследователи свързват тази ситуация, наред с други неща, с привидната рационална компактност на кратката форма на таблицата, както и със стереотипно мислене и невъзприемане на съвременна (международна) информация.
През 1969 г. Теодор Сиборг предложи разширена периодична таблица на елементите. Нилс Бор разработи стълбовата (пирамидална) форма на периодичната таблица.
Има много други, рядко или изобщо неизползвани, но много оригинални начини за графично представяне на Периодичния закон. Днес има няколкостотин версии на таблицата и учените непрекъснато предлагат нови опции.
Периодичен закон и неговата обосновка.
Периодичният закон направи възможно систематизирането и обобщаването на огромно количество научна информация в химията. Тази функция на правото обикновено се нарича интегративна. Особено ясно се проявява при структурирането на научен и учебен материал по химия.
Академик А. Е. Ферсман каза, че системата обединява цялата химия в една пространствена, хронологична, генетична и енергийна връзка.
Интегративната роля на Периодичния закон се проявява и във факта, че някои данни за елементите, за които се предполага, че са извън общите закони, са проверени и изяснени както от самия автор, така и от неговите последователи.
Това се случи с характеристиките на берилий. Преди работата на Менделеев той се смяташе за тривалентен аналог на алуминия поради тяхното така наречено диагонално сходство. Така във втория период имаше два тривалентни елемента и нито един двувалентен. На този етап Менделеев заподозря грешка в изследването на свойствата на берилия; той намери работата на руския химик Авдеев, който твърди, че берилият е двувалентен и има атомно тегло 9. Работата на Авдеев остава незабелязана от научния свят , авторът умира рано, очевидно е бил отровен от изключително токсични берилиеви съединения. Резултатите от изследванията на Авдеев са установени в науката благодарение на Периодичния закон.
Такива промени и уточнения на стойностите както на атомните тегла, така и на валентностите са направени от Менделеев за още девет елемента (In, V, Th, U, La, Ce и три други лантанида).
За още десет елемента бяха коригирани само атомните тегла. И всички тези уточнения впоследствие бяха потвърдени експериментално.
Прогностичната (предсказваща) функция на Периодичния закон получи най-яркото потвърждение при откриването на неизвестни елементи с поредни номера 21, 31 и 32.
Първоначално тяхното съществуване е предсказано интуитивно, но с формирането на системата Менделеев успява да изчисли свойствата им с висока степен на точност. Добре известната история за откриването на скандий, галий и германий беше триумфът на откритието на Менделеев. Той направил всичките си предсказания въз основа на универсалния закон на природата, който сам открил.
Общо Менделеев предсказал дванадесет елемента.От самото начало Менделеев посочи, че законът описва свойствата не само на самите химични елементи, но и на много от техните съединения. За да потвърдим това, достатъчно е да дадем следния пример. От 1929 г., когато академик П. Л. Капица за първи път открива неметалната проводимост на германия, започва развитието на изследването на полупроводниците във всички страни по света.
Веднага стана ясно, че елементите с такива свойства заемат основната подгрупа на група IV.
С течение на времето дойде разбирането, че полупроводниковите свойства трябва в по-голяма или по-малка степен да се притежават от съединения на елементи, разположени в периоди, еднакво отдалечени от тази група (например с обща формула като AzB).
Това незабавно направи целенасочено и предвидимо търсенето на нови практически важни полупроводници. Почти цялата съвременна електроника се основава на такива връзки.
Важно е да се отбележи, че прогнозите в рамките на периодичната таблица са направени дори след общото й приемане. През 1913г
Моузли открива, че дължината на вълната на рентгеновите лъчи, които се получават от антикатоди, направени от различни елементи, се променя естествено в зависимост от атомния номер, условно присвоен на елементите в периодичната таблица. Експериментът потвърди, че серийният номер на елемент има пряко физическо значение.
Едва по-късно серийните номера са свързани със стойността на положителния заряд на ядрото. Но законът на Моузли даде възможност незабавно експериментално да се потвърди броят на елементите в периодите и в същото време да се предскажат местата на хафний (№ 72) и рений (№ 75), които все още не са били открити по това време.
Дълго време имаше дебат: да се разпределят инертните газове в независима нулева група от елементи или да се разглеждат като основна подгрупа от група VIII.
Въз основа на позицията на елементите в периодичната таблица, химиците-теоретици, водени от Линус Полинг, отдавна се съмняват в пълната химическа пасивност на благородните газове, като директно сочат възможната стабилност на техните флуориди и оксиди.
Но едва през 1962 г. американският химик Нийл Бартлет беше първият, който извърши реакцията на платинов хексафлуорид с кислород при най-обикновени условия, като получи ксенонов хексафлуороплатинат XePtF^, последван от други газови съединения, които сега е по-правилно да се наричат благородни, а не инертни .
Откриването на периодичната таблица на химичните елементи от Дмитрий Менделеев през март 1869 г. е истински пробив в химията. Руският учен успя да систематизира знанията за химичните елементи и да ги представи под формата на таблица, която учениците все още трябва да изучават в часовете по химия. Периодичната таблица става основа за бързото развитие на тази сложна и интересна наука, а историята на нейното откриване е обвита в легенди и митове. За всички, които се интересуват от наука, ще бъде интересно да разберат истината за това как Менделеев открива таблицата на периодичните елементи.
История на периодичната таблица: как започна всичко
Опитите за класифициране и систематизиране на известни химични елементи са направени много преди Дмитрий Менделеев. Такива известни учени като Döbereiner, Newlands, Meyer и други предложиха своите системи от елементи. Въпреки това, поради липса на данни за химичните елементи и техните правилни атомни маси, предложените системи не бяха напълно надеждни.
Историята на откриването на периодичната таблица започва през 1869 г., когато руски учен на среща на Руското химическо общество разказва на колегите си за откритието си. В таблицата, предложена от учения, химичните елементи са подредени в зависимост от техните свойства, гарантирани от размера на молекулното им тегло.
Интересна особеност на периодичната таблица беше и наличието на празни клетки, които в бъдеще бяха запълнени с отворени химически елементи, предсказани от учения (германий, галий, скандий). След откриването на периодичната таблица в нея многократно са правени допълнения и изменения. Заедно с шотландския химик Уилям Рамзи, Менделеев добавя към таблицата група инертни газове (група нула).
Впоследствие историята на периодичната таблица на Менделеев е пряко свързана с открития в друга наука - физиката. Работата по таблицата на периодичните елементи продължава и до днес, а съвременните учени добавят нови химични елементи, когато бъдат открити. Значението на периодичната система на Дмитрий Менделеев е трудно да се надценява, тъй като благодарение на нея:
- Систематизирани са знанията за свойствата на вече открити химични елементи;
- Стана възможно да се предвиди откриването на нови химични елементи;
- Започнаха да се развиват такива клонове на физиката като атомна физика и ядрена физика;
Има много опции за изобразяване на химични елементи според периодичния закон, но най-известният и често срещан вариант е периодичната таблица, позната на всички.
Митове и факти за създаването на периодичната система
Най-често срещаното погрешно схващане в историята на откриването на периодичната таблица е, че ученият го е видял насън. Всъщност самият Дмитрий Менделеев опроверга този мит и заяви, че е размишлявал върху периодичния закон от много години. За да систематизира химичните елементи, той записва всеки от тях на отделна карта и многократно ги комбинира помежду си, като ги подрежда в редове в зависимост от сходните им свойства.
Митът за „пророческия“ сън на учения може да се обясни с факта, че Менделеев работи върху систематизирането на химичните елементи в продължение на дни, прекъсвани от кратък сън. Но само упоритата работа и естественият талант на учения дадоха дългоочаквания резултат и осигуриха на Дмитрий Менделеев световна слава.
Много ученици в училище, а понякога и в университета, са принудени да запомнят или поне грубо да се ориентират в периодичната таблица. За да направите това, човек трябва не само да има добра памет, но и да мисли логично, свързвайки елементи в отделни групи и класове. Изучаването на таблицата е най-лесно за онези хора, които постоянно поддържат мозъка си в добра форма, като преминават обучение на BrainApps.
