Историята на откриването на периодичния закон и периодичната система на химичните елементи. Откриване на периодичния закон на химичните елементи от D.I.

2.2. История на създаването на периодичната система.

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.

В Санкт Петербург този ден беше облачно и мразовито. Дърветата в университетската градина, откъдето гледаха прозорците на апартамента на Менделеев, скърцаха от вятъра. Още в леглото Дмитрий Иванович изпи чаша топло мляко, после стана, изми лицето си и отиде да закуси. Беше в прекрасно настроение.

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 домочадието чува звука, идващ от офиса: „Ооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооооотротроее, рогато", а аз ще ги разбия! 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 прости вещества, образувани от атоми на един и същи 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.“ (това е 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 са периодично зависими от заряда на ядрата на техните атоми.

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.

На 18 март 1869 г. Меншуткин, който по това време е служител на компанията, прави кратък доклад за Периодичния закон от името на Менделеев. Отначало докладът не привлече много внимание от страна на химиците и президентът на Руското химическо общество, академик Николай Зинин (1812-1880) заяви, че Менделеев не прави това, което трябва да прави един истински изследовател. Вярно, две години по-късно, след като прочете статията на Дмитрий Иванович „Естествената система от елементи и нейното приложение за обозначаване на свойствата на някои елементи“, Зинин промени решението си и написа на Менделеев: „Много, много добри, много отлични връзки, дори забавни да четеш, дай Боже късмет в експерименталното потвърждение на изводите ти. Вашият искрено предан и дълбоко уважаван Н. Зинин." 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.

На жена ми и децата ми. Или може би е знаел, че умира, но не е искал да безпокои и тревожи предварително семейството, което обичаше горещо и нежно. В 5:20 сутринта На 20 януари 1907 г. Дмитрий Иванович Менделеев умира. Погребан е на Волковското гробище в Санкт Петербург, недалеч от гробовете на майка му и сина му Владимир. През 1911 г. по инициатива на напреднали руски учени е организиран музеят Д.И. Менделеев, където...

Московска метростанция, изследователски кораб за океанографски изследвания, 101-ви химичен елемент и минерал - менделевит. Рускоезичните учени и шегаджии понякога питат: „Дмитрий Иванович Менделеев не е ли евреин, това е много странна фамилия, не идва ли от фамилията „Мендел“?“ Отговорът на този въпрос е изключително прост: „И четиримата синове на Павел Максимович Соколов, ...

Лицейският изпит, на който старият Державин благослови младия Пушкин. Ролята на метъра се играе от академик Ю.Ф.Фрицше, известен специалист по органична химия. Кандидатска дисертация Д. И. Менделеев завършва Главния педагогически институт през 1855 г. Неговата дисертация "Изоморфизъм във връзка с други отношения на кристалната форма към състава" става първата му голяма научна...

Главно по въпроса за капилярността и повърхностното напрежение на течности и прекарва свободното си време в кръга на млади руски учени: S.P. Боткина, И.М. Сеченова, И.А. Вишнеградски, А.П. Бородин и др.. През 1861 г. Менделеев се завръща в Санкт Петербург, където възобновява лекциите по органична химия в университета и издава забележителен за онова време учебник: "Органична химия", в...

В книгата на видния съветски историк на химията Н. Ф. Фигуровски "Очерк по общата история на химията. Развитието на класическата химия през 19 век" (М., Наука, 1979). Основните периоди на откриване на 63 химични елемента са дадени от древни времена до 1869 г. - годината на създаването на Периодичния закон от Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907):

1. Най-древният период (от 5-то хилядолетие пр. н. е. до 1200 г. сл. н. е.).

Този дълъг период датира от запознаването на човека със 7-те метала от древността – злато, сребро, мед, олово, калай, желязо и живак. В допълнение към тези елементарни вещества, сярата и въглеродът са били известни в древността, срещайки се в природата в свободно състояние.

2. Алхимичен период.

През този период (от 1200 до 1600 г.) е установено съществуването на няколко елемента, изолирани или в процеса на алхимични търсения на начини за трансмутация на метали, или в процесите на производство на метал и обработка на различни руди от занаятчии металурзи. Те включват арсен, антимон, бисмут, цинк, фосфор.

3. Периодът на възникване и развитие на техническата химия (края на 17 век - 1751 г.).

По това време, в резултат на практическото изследване на характеристиките на различни метални руди и преодоляване на трудностите, възникнали при изолирането на метали, както и открития по време на минералогични експедиции, е установено съществуването на платина, кобалт и никел.

4. Първият етап от химико-аналитичния период в развитието на химията (1760-1805 г.).През този период с помощта на качествени и гравиметрични количествени анализи са открити редица елементи, някои от които само под формата на „земи“: магнезий, калций (установява разликата между вар и магнезий), манган, барий ( барит), молибден, волфрам, телур, уран (оксид), цирконий (земя), стронций (земя), титан (оксид), хром, берилий (оксид), итрий (земя), тантал (земя), церий (земя) , флуор (флуороводородна киселина), паладий, родий, осмий и иридий.

5. Етап на пневматична химия.По това време (1760-1780 г.) са открити газообразните елементи - водород, азот, кислород и хлор (последният се счита за сложно вещество - окислена солна киселина до 1809 г.).

6. Етапът на получаване на елементи в свободно състояние чрез електролиза (G. Davy, 1807-1808)и химически: калий, натрий, калций, стронций, барий и магнезий. Всички те обаче са били известни преди това под формата на "огнеустойчиви" (каустични) алкали и алкалоземни, или меки алкали.

7. Вторият етап от химико-аналитичния период в развитието на химията (1805-1850 г.).По това време, в резултат на усъвършенстването на методите за количествен анализ и разработването на систематичен курс на качествен анализ, бор, литий, кадмий, селен, силиций, бром, алуминий, йод, торий, ванадий, лантан (земя) , открити са ербий (земя), тербий (земя), рутений, ниобий.

8. Периодът на откриване на елементи с помощта на спектрален анализ, непосредствено след разработването и въвеждането на този метод в практиката (1860-1863): цезий, рубидий, талий и индий."

Както е известно, първата в историята на химията „Таблица на простите тела“ е съставена от А. Лавоазие през 1787 г. Всички прости вещества са разделени на четири групи: „I. Прости вещества, представени и в трите царства на природата, които могат да се разглеждат като елементи на телата: 1) светлина, 2) калории, 3) кислород, 4) азот, 5) водород II Прости неметални вещества, които се окисляват и дават киселини: 1) антимон, 2) фосфор, 3 ) въглища, 4) радикал на муринова киселина, 5) радикал на флуороводородна киселина, 6) радикал на борна киселина III Прости метални вещества, които се окисляват и дават киселини: 1) антимон, 2) сребро, 3) арсен, 4) бисмут, 5) кобалт, 6) мед, 7) калай, 8) желязо, 9) манган, 10) живак, 11) молибден, 12) никел, 13) злато, 14) платина, 15) олово, 16) волфрам, 17) цинк IV , Прости вещества, солеобразуващи и земни: 1) вар (варовита пръст), 2) магнезиев оксид (основа на магнезиев сулфат), 3) барит (тежка пръст), 4) алуминиев оксид (глина, стипца), 5) силициев диоксид (силициев земя)."

Тази таблица е в основата на химическата номенклатура, разработена от Лавоазие. Д. Далтон въвежда в науката най-важната количествена характеристика на атомите на химичните елементи - относителното тегло на атомите или атомното тегло.

Когато търсят закономерности в свойствата на атомите на химичните елементи, учените обръщат внимание преди всичко на естеството на промените в атомните тегла. През 1815-1816г Английският химик У. Праут (1785-1850) публикува две анонимни статии в Annals of Philosophy, в които е изразена и обоснована идеята, че атомните тегла на всички химични елементи са цели (т.е. кратни на атомното тегло на водорода, което тогава се приема, че е равна на единица): „Ако възгледите, които сме решили да изразим, са верни, тогава почти можем да считаме, че първичната материя на древните е била въплътена във водорода...“. Хипотезата на Праут беше много примамлива и предизвика много експериментални изследвания, за да се определят възможно най-точно атомните тегла на химичните елементи.

През 1829 г. немският химик И. Деберейнер (1780-1849) сравнява атомните тегла на подобни химични елементи: литий, калций, хлор, сяра, манган, натрий, стронций, бром, селен, хром, калий, барий, йод, телур , Айрън установи, че атомното тегло на средния елемент е равно на половината от сбора на атомните тегла на най-външните елементи. Търсенето на нови триади доведе Л. Гмелин (1788-1853) - автор на световноизвестния справочник по химия - до създаването на многобройни групи от подобни елементи и до създаването на тяхната уникална класификация.

През 60-те години През 19-ти век учените преминаха към сравняване на групи от химически подобни елементи. Така професорът от Парижкото минно училище А. Шанкуртоа (1820-1886) подрежда всички химични елементи на повърхността на цилиндъра в нарастващ ред на техните атомни тегла, така че да образува „спирална линия“. При тази подредба подобни елементи често попадаха на една и съща вертикална линия. През 1865 г. английският химик Д. Нюландс (1838-1898) публикува таблица, която включва 62 химични елемента. Елементите бяха подредени и номерирани в реда на увеличаване на атомните тегла.

Нюландс използва номериране, за да подчертае, че на всеки седем елемента свойствата на химичните елементи се повтарят. Когато обсъжда новата статия на Нюландс в Лондонското химическо общество през 1866 г. (не е препоръчана за публикуване), професор Дж. Фостър саркастично попита: „Опитахте ли да подредите елементите по азбучен ред на имената им и забелязахте ли някакви нови модели ?

През 1868 г. английският химик У. Олдинг (1829-1921) предлага таблица, която според автора демонстрира естествена връзка между всички елементи.

През 1864 г. немският професор Л. Майер (1830-1895) съставя таблица от 44 химични елемента (от 63 известни).

Оценявайки този период, Д. И. Менделеев пише: „Няма нито един общ закон на природата, който да бъде установен незабавно; неговото одобрение винаги е предшествано от много предчувствия и признаването на закона идва не когато той е напълно осъзнат в цялото му значение, но само след потвърждение на неговите последствия чрез експерименти, които естествените учени трябва да признаят като най-висш авторитет на техните съображения и мнения.

През 1868 г. Д. И. Менделеев започва да работи върху курса „Основи на химията“. За най-логичното подреждане на материала беше необходимо по някакъв начин да се класифицират 63-те химични елемента. Първият вариант на периодичната таблица на химичните елементи е предложен от Д. И. Менделеев през март 1869 г.

Две седмици по-късно на среща на Руското химическо общество беше прочетен докладът на Менделеев „Връзката на свойствата с атомното тегло на елементите“, в който бяха обсъдени възможните принципи за класификация на химичните елементи:

1) според връзката им с водорода (формули на хидриди); 2) по отношение на кислорода (формули на висши кислородни оксиди); 3) по валентност; 4) по атомно тегло.

След това, през следващите години (1869-1871), Менделеев изучава и проверява отново онези модели и „несъответствия“, които са забелязани в първата версия на „Система от елементи“. Обобщавайки тази работа, Д. И. Менделеев пише: „С увеличаването на атомното тегло елементите първо имат все по-променливи свойства, а след това тези свойства се повтарят отново в нов ред, в нов ред и в редица елементи и в същата последователност, както в предишната серия. Следователно Законът за периодичността може да се формулира по следния начин: „Свойствата на елементите и следователно свойствата на простите и сложните тела, които образуват, са периодично зависими (т.е. те се повтарят правилно) върху тяхното атомно тегло.” Закони природата не търпи изключения... Утвърждаването на един закон е възможно само чрез извеждането на последици от него, които са невъзможни и неочаквани без него, и обосновката на тези последствия и експерименталната проверка Следователно, след като видях периодичния закон, аз, от своя страна (1869-1871), извадих от него има такива логически следствия, които биха могли да покажат дали е вярно или не.Те включват предсказанието на свойствата на неоткритите елементи и корекцията на атомните тегла на много, малко елементи, изследвани по това време... Нуждаете се от едно нещо - или смятайте периодичния закон за напълно верен и представляващ нов инструмент на химическото познание, или го отхвърлете."

През 1872-1874г. Менделеев започва да се занимава с други проблеми, а в химическата литература почти не се споменава Периодичният закон.

През 1875 г. френският химик L. de Boisbaudran съобщава, че докато е изучавал цинковата смес, спектроскопски е открил нов елемент в нея. Той получава соли на този елемент и определя свойствата му. В чест на Франция той нарекъл новия елемент галий (както древните римляни наричали Франция). Нека сравним какво е предсказал Д. И. Менделеев и какво е намерено от Л. де Боабодран:

В първия доклад на L. de Boisbaudran е установено, че специфичното тегло на галия е 4,7. Д. И. Менделеев посочи грешката си. При по-внимателни измервания специфичното тегло на галия се оказва 5,96.

През 1879 г. се появява съобщение от шведския химик Л. Нилсон (1840-1899) за откриването на нов химичен елемент - скандий. L. Nilsson класифицира скандия като редкоземен елемент. П. Т. Клеве посочи на Л. Нилсон, че скандиевите соли са безцветни, неговият оксид е неразтворим в основи и че скандият е екаборът, предсказан от Д. И. Менделеев. Нека сравним техните свойства.

Анализирайки нов минерал през февруари 1886 г., немският професор К. Винклер (1838-1904) открива нов елемент и го смята за аналог на антимона и арсена. Възникна дискусия. К. Винклер се съгласи, че откритият от него елемент е ека-силиций, предсказан от Д. И. Менделеев. К. Винклер нарече този елемент германий.

И така, химиците три пъти потвърдиха съществуването на химичните елементи, предсказани от Менделеев. Нещо повече, именно свойствата на тези елементи, предсказани от Менделеев, и тяхното положение в периодичната таблица направиха възможно коригирането на грешките, които експериментаторите несъзнателно направиха. По-нататъшното развитие на химията става върху здравата основа на Периодичния закон, който през 80-те години на XIXв. е признат от всички учени като един от най-важните закони на природата. Така най-важната характеристика на всеки химичен елемент е мястото му в периодичната таблица на Д. И. Менделеев.

Семейството на Менделеев живее в къща на стръмния висок бряг на река Тобол в Тоболск и бъдещият учен е роден тук. По това време много декабристи бяха на заточение в Тоболск: Аненков, Барятински, Волф, Кюхелбекер, Фонвизен и други... Те заразиха околните със своята смелост и трудолюбие. Те не бяха пречупени от затвор, тежък труд или изгнание. Митя Менделеев видя такива хора. В общуването с тях се формира любовта му към Родината и отговорността към нейното бъдеще. Семейство Менделеев имаше приятелски и семейни отношения с декабристите. Д. И. Менделеев пише: „... тук живяха почтени и уважавани декабристи: Фонвизен, Аненков, Муравьов, близки до нашето семейство, особено след като един от декабристите, Николай Василиевич Басаргин, се ожени за моята сестра Олга Ивановна... Декабристки семейства , в тези дни те дадоха на живота в Тоболск специален отпечатък и го надариха със светско възпитание. Легендата за тях все още живее в Тоболск.

На 15-годишна възраст Дмитрий Иванович завършва гимназия. Майка му Мария Дмитриевна положи много усилия, за да гарантира, че младият мъж продължава образованието си.

Ориз. 4. Майка на Д. И. Менделеев - Мария Дмитриевна.

Менделеев се опитва да влезе в Медико-хирургическата академия в Санкт Петербург. Анатомията обаче се оказва извън силите на впечатлителния млад мъж, така че Менделеев трябва да смени медицината с педагогика. През 1850 г. постъпва в Главния педагогически институт, където някога е учил баща му. Само тук Менделеев усети вкус към ученето и скоро стана един от най-добрите.

На 21-годишна възраст Менделеев издържа блестящо приемните изпити. Обучението на Дмитрий Менделеев в Санкт Петербург в Педагогическия институт в началото не беше лесно. През първата си година успява да получи незадоволителни оценки по всички предмети, с изключение на математиката. Но в старшите години нещата вървяха по различен начин - средната годишна оценка на Менделеев беше четири и половина (от възможните пет).

Неговата теза за явлението изоморфизъм е призната за кандидатска дисертация. Талантлив ученик през 1855г. е назначен за учител в гимназията Ришельо в Одеса. Тук той подготви втория си научен труд - „Специфични томове“. Тази работа беше представена като магистърска теза. През 1857г След като я защитава, Менделеев получава титлата магистър по химия и става частен асистент в Петербургския университет, където чете лекции по органична химия. През 1859 г. е изпратен в чужбина.

Менделеев прекарва две години в различни университети във Франция и Германия, но най-продуктивна е дисертационната му работа в Хайделберг при водещите учени от онова време Бунзен и Кирхоф.

Несъмнено животът на учения е бил силно повлиян от естеството на средата, в която е прекарал детството си. От младостта си до старостта си той правеше всичко и винаги по свой начин. Като се започне от ежедневните дреболии и се стигне до същественото. Племенницата на Дмитрий Иванович, Н. Я. Капустин-Губкина, си спомня: „Той имаше свои любими ястия, измислени от него за себе си... Той винаги носеше широко платнено сако без колан в стила, който самият той измисли... Пушеше свива цигари, сам ги свива...” Той създаде образцово имение - и веднага го изостави. Той провежда забележителни експерименти върху адхезията на течности и веднага напуска тази област на науката завинаги. И какви скандали вдигна на началството! Дори в младостта си, като нововъзпитаник на Педагогическия институт, той изкрещя на директора на отдела, за което беше извикан при самия министър Авраам Сергеевич Нороватов. Обаче какво му пука за директора на отдела - той дори не взе предвид синода. Когато той му наложи седемгодишно покаяние по повод развода му с Феоза Никитишна, която никога не се примири с уникалността на неговите интереси, Дмитрий Иванович шест години преди термина убеди свещеника в Кронщад да се оженят той отново. И какво струва историята за неговия полет с балон, когато той насила заграби балон, принадлежащ на военното ведомство, изгонвайки от кошницата генерал Кованко, опитен аеронавт... Дмитрий Иванович не страдаше от скромност, напротив - „ Скромността е майката на всички пороци“, твърди Менделеев.

Оригиналността на личността на Дмитрий Иванович се наблюдава не само в поведението на учения, но и в целия му външен вид. Неговата племенница Н. Я. Капустина-Губкина нарисува следния словесен портрет на учения: „Грива от дълга пухкава коса около високо бяло чело, много изразителна и много подвижна... Ясни сини, прочувствени очи... Мнозина намериха прилики в него с Гарибалди... Когато говореше, той винаги жестикулираше . Широките, бързи, нервни движения на ръцете му винаги съответстваха на настроението му... Тембърът на гласа му беше нисък, но звучен и разбираем, но тонът му варираше много и често преминаваше от ниски ноти към високи, почти тенор... Когато говореше за нещо, което не му харесваше, после трепна, наведе се, изпъшка, изскърца...” Любимото занимание за свободното време на Менделеев в продължение на много години беше правенето на куфари и рамки за портрети. Той закупи консумативи за тези работи в Гостини двор.

Оригиналността на Менделеев го отличаваше от тълпата от младостта му... Докато учи в педагогическия институт, синеокият сибиряк, който нямаше нито стотинка, неочаквано за господата професори, започна да проявява такава острота на ума , такава ярост в работата, че остави всичките си колеги далеч назад. Тогава действителният държавен съветник, известна фигура в народното образование, учител, учен, професор по химия Александър Абрамович Воскресенски, го забеляза и се влюби в него. Затова през 1867 г. Александър Абрамович препоръчва любимия си ученик, тридесет и три годишния Дмитрий Иванович Менделеев, за професор по обща и неорганична химия във Физико-математическия факултет на Петербургския университет. През май 1868 г. Менделееви раждат любимата си дъщеря Олга...

Тридесет и три години е традиционната възраст на подвига: на тридесет и три, според епоса, Иля Муромец слиза от печката. Но въпреки че в този смисъл животът на Дмитрий Иванович не беше изключение, самият той едва ли усещаше, че в живота му настъпва рязък обрат. Вместо курсовете по техническа, органична или аналитична химия, които е преподавал преди, той трябваше да започне да чете нов курс, обща химия.

Разбира се, по-лесно е да използвате метода с миниатюри. Въпреки това, когато започна предишните си курсове, също не беше лесно. Руските ръководства или изобщо не съществуваха, или съществуваха, но бяха остарели. Химията е ново, младо нещо, а в младостта всичко бързо остарява. Чуждите учебници, най-новите, трябваше да ги превеждам сам. Превежда „Аналитична химия” от Жерар, „Химическа технология” от Вагнер. Но в органичната химия в Европа не се намери нищо достойно, дори да седнете и да пишете. И той написа. След два месеца напълно нов курс, базиран на нови принципи, тридесет печатни листа. Шестдесет дни ежедневен преяждане - дванадесет завършени страници на ден. Точно в един ден - той не искаше да прави графика си зависим от такава дреболия като въртенето на земното кълбо около оста си, той не ставаше от масата тридесет или четиридесет часа.

Дмитрий Иванович можеше не само да работи пиян, но и да спи пиян. Нервната система на Менделеев беше изключително чувствителна, сетивата му бяха изострени - почти всички мемоаристи, без да кажат нито дума, съобщават, че той необичайно лесно, постоянно избухваше в писък, въпреки че по същество беше мил човек.

Възможно е вродените черти на личността на Дмитрий Иванович да се дължат на късното му появяване в семейството - той беше „последното дете“, седемнадесетото дете. И според съвременните концепции възможността за мутации в потомството нараства с възрастта на родителите.

Той започна първата си лекция по обща химия така:

„Ние ясно разграничаваме всичко, което забелязваме като субстанция или като явление. Материята заема пространство и има тежест, но феноменът е нещо, което се случва във времето. Всяко вещество произвежда различни явления и няма нито едно явление, което да се случва без вещество. Разнообразието от вещества и явления не може да убегне от вниманието на всеки. Да откриеш законността, тоест простотата и коректността в това разнообразие, означава да изучаваш природата ... "

Да открием законността, тоест простотата и коректността... Същността има тежест... Същността... Тежестта... Същността... Тежестта...

Мислеше за това непрекъснато, независимо какво правеше. И какво ли не направи! Дмитрий Иванович имаше достатъчно време за всичко. Изглежда, че най-накрая получи най-добрия химически отдел в Русия, държавен апартамент, възможност да живее комфортно, без да тича за допълнителни пари - така че се концентрирайте върху основното, а всичко останало е отстрани ... Купих имение от 400 десятини земя и година по-късно ипотекирах опитен Пол, който проучваше възможността за обръщане на изчерпването на земята с помощта на химия. Един от първите в Русия.

Година и половина минаха за миг, а реална система в общата химия все още нямаше. Това не означава, че Менделеев е преподавал своя курс напълно случайно. Започна с познатото на всички – с вода, с въздух, с въглища, със соли. От елементите, които съдържат. От основните закони, според които веществата взаимодействат помежду си.

След това той говори за химичните роднини на хлора - флуор, бром, йод. Това беше последната лекция, чийто стенограм все пак успя да изпрати в печатницата, където се набираше вторият брой на новата книга, която бе започнал.

Първият брой в джобен формат е отпечатан през януари 1869 г. Заглавната страница гласеше: "Основи на химията от Д. Менделеев" . Без предисловия. Първият, вече публикуван брой, и вторият, който беше в печатницата, трябваше да представляват, според плана на Дмитрий Иванович, първата част на курса и още два броя - втората част.

През януари и първата половина на февруари Менделеев изнася лекции по натрий и други алкални метали, пише съответната глава от втората част "Основи на химията" - и се заклещи.

През 1826 г. Йенс Якоб Берцелиус завършва изследване на 2000 вещества и въз основа на това определя атомното тегло на три дузини химични елемента. За пет от тях атомното тегло е определено неправилно - за натрий, калий, сребро, бор и силиций. Берцелиус направи грешка, защото приложи две неправилни предположения: че една оксидна молекула може да съдържа само един метален атом и че равен обем газове съдържа равен брой атоми. Всъщност една оксидна молекула може да съдържа два или повече метални атома, а равен обем газове, според закона на Авогадро, съдържа равен брой не атоми, а молекули.

До 1858 г., когато италианецът Станислао Канизаро, възстановявайки закона на своя сънародник Авогадро, коригира атомните тегла на няколко елемента, цари объркване по въпроса за атомните тегла.

Едва през 1860 г., на химическия конгрес в Карлсруе, след разгорещени дебати, объркването беше разплитано, законът на Авогадро най-накрая беше възстановен в правата си и непоклатимите основи за определяне на атомното тегло на всеки химичен елемент бяха окончателно изяснени.

По щастливо стечение на обстоятелствата Менделеев бил в командировка в чужбина през 1860 г., присъствал на този конгрес и получил ясна и ясна идея, че атомното тегло сега се е превърнало в точен и надежден цифров израз. Връщайки се в Русия, Менделеев започва да изучава списъка на елементите и обръща внимание на периодичността на промените във валентността на елементите, подредени в нарастващ ред на атомните тегла: валентност з – 1, Ли – 1, Бъда – 2, б – 3, C – 4, Mg – 2, н – 2, С – 2, F – 1, Na – 1, Ал – 3, Si – 4 и т.н. Въз основа на увеличения и намаления на валентността, Менделеев разделя елементите на периоди; Първият период включваше само един водород, последван от два периода от по 7 елемента всеки, след това периоди, съдържащи повече от 7 елемента. D, I, Менделеев използва тези данни не само за построяване на графика, както направиха Майер и Шанкуртоа, но и за построяване на таблица, подобна на таблицата на Нюландс. Такава периодична таблица на елементите е по-ясна и по-визуална от графика и освен това D, I, Менделеев успяха да избегнат грешката на Нюландс, който настояваше за равенство на периодите.

« За решаващ момент от мисълта ми за периодичния закон смятам 1860 г. - конгреса на химиците в Карлсруе, в който участвах... Идеята за възможността за периодичност в свойствата на елементите с нарастващо атомно тегло , по същество, вече ми беше представен вътрешно." , - отбеляза D.I. Менделеев.

През 1865 г. той купува имението Боблово близо до Клин и получава възможност да учи селскостопанска химия, от която тогава се интересува, и да се отпусне там със семейството си всяко лято.

„Рожденият ден“ на системата на Д. И. Менделеев обикновено се счита за 18 февруари 1869 г., когато е съставена първата версия на таблицата.

Ориз. 5. Снимка на Д. И. Менделеев в годината на откриването на периодичния закон.

Бяха известни 63 химични елемента. Не всички свойства на тези елементи са проучени достатъчно добре; дори атомните тегла на някои са определени неправилно или неточно. Много ли е или малко – 63 елемента? Ако си спомним, че сега знаем 109 елемента, тогава, разбира се, това не е достатъчно. Но е напълно достатъчно човек да забележи закономерността на промените в свойствата им. С 30 или 40 известни химически елемента е малко вероятно нещо да бъде открито. Необходим е определен минимум отворени елементи. Ето защо откритието на Менделеев може да се характеризира като своевременно.

Преди Менделеев учените също са се опитвали да подчинят всички известни елементи на определен ред, да ги класифицират и да ги комбинират в система. Невъзможно е да се каже, че опитите им са били безполезни: те съдържаха някои зрънца истина. Всички те се ограничават до комбинирането на елементи със сходни химични свойства в групи, но не намират вътрешна връзка между тези „естествени“, както тогава се казваше, групи от тях.

През 1849 г. видният руски химик Г. И. Хес се интересува от класификацията на елементите. В учебника „Основи на чистата химия“ той описва четири групи неметални елементи със сходни химични свойства:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

Е О

Хес пише: „Тази класификация все още е много далеч от естествената, но все пак свързва елементи и групи, които са много сходни, и с разширяването на нашата информация може да бъде подобрена.“

Неуспешни опити за изграждане на система от химични елементи въз основа на техните атомни тегла са направени още преди конгреса в Карлсруе, и двата от британците: през 1853 г. от Гладстон, през 1857 г. от Одлинг.

Един от опитите за класификация е направен през 1862 г. от французина Александър Емил Беги дьо Шанкуртоа . Той представи системата от елементи под формата на спирална линия върху повърхността на цилиндър. Има 16 елемента на всеки ход. Подобни елементи бяха разположени един под друг на генератора на цилиндъра. Когато публикува съобщението си, ученият не го придружава с построената от него графика и никой от учените не обръща внимание на работата на де Шанкуртоа.

Ориз. 6. „Винт от телур“ от де Шанкуртоа.

Германският химик Юлиус Лотар Майер беше по-успешен. През 1864 г. той предлага таблица, в която всички известни химични елементи са разделени на шест групи според тяхната валентност. На външен вид таблицата на Майер беше малко подобна на бъдещата периодична таблица. Той счита обемите, заети от тегловни количества на елемент, числено равни на техните атомни тегла. Оказа се, че всяко такова тегловно количество на всеки елемент съдържа еднакъв брой атоми. Това означава, че съотношението на разглежданите обеми на различните атоми на тези елементи. Следователно тази характеристика на елемента се нарича атомен обем.

Графично зависимостта на атомните обеми на елементите от техните атомни тегла се изразява като поредица от вълни, издигащи се в остри пикове в точки, съответстващи на алкални метали (натрий, калий, цезий). Всяко слизане и изкачване до върха съответства на период в таблицата на елементите. Във всеки период стойностите на някои физически характеристики, в допълнение към атомния обем, също естествено първо намаляват и след това се увеличават.

Ориз. 7. Зависимост на атомните обеми от атомните маси на елементите, съгл

Л. Майер.

Водородът, елементът с най-ниско атомно тегло, беше първи в списъка на елементите. По това време е общоприето, че 101-вият период включва един елемент. Вторият и третият период на диаграмата на Майер включват по седем елемента. Тези периоди дублираха октавите на Нюландс. В следващите два периода обаче броят на елементите надхвърля седем. Така Майер показа къде Нюландс греши. Законът за октавите не може да се спазва стриктно за целия списък от елементи; последните периоди трябва да са по-дълги от първите.

След 1860 г. първият опит от този вид е направен от друг английски химик, Джон Александър Рейна Нюландс. Една след друга той съставя таблици, в които се опитва да реализира идеята си. Последната таблица е от 1865 г. Ученият вярваше, че всичко в света е подчинено на обща хармония. И в химията, и в музиката трябва да е еднакво. Изградени във възходящ ред, атомните тегла на елементите са разделени на октави – на осем вертикални реда, по седем елемента във всеки. Наистина, много елементи със сродни химични свойства се оказаха в една хоризонтална линия: в първата - халогени, във втората - алкални метали и т.н. Но, за съжаление, доста непознати влязоха в редиците и това развали цялата картина. Сред халогените, например, имаше кобалт с никел и три платиноида. Сред алкалоземните минерали са ванадий и олово. Въглеродното семейство включва волфрам и живак. За да обедини по някакъв начин свързани елементи, Нюландс трябваше да наруши подреждането на елементите в реда на атомните тегла в осем случая. Освен това, за да направите осем групи от седем елемента, ви трябват 56 елемента, но бяха известни 62, а на някои места той замени един елемент с два наведнъж. Получи се пълен произвол. Когато Нюландс съобщи за своите "Законът на октавите" На среща на Лондонското химическо дружество един от присъстващите саркастично отбеляза: не се ли е опитал почтеният оратор да подреди елементите просто по азбучен ред и да открие някакъв модел?

Всички тези класификации не съдържаха основното: те не отразяваха общия, фундаментален модел на промени в свойствата на елементите. Те създадоха само вид на ред в своя свят.

Предшествениците на Менделеев, които забелязаха отделни прояви на великата закономерност в света на химичните елементи, по различни причини не можаха да се издигнат до голямото обобщение и да осъзнаят съществуването на фундаментален закон в света. 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.

За разлика от Нюландс, Менделеев счита за основно не толкова атомните тегла, колкото химичните свойства, химическата индивидуалност. Постоянно мислеше за това. Субстанция... Тегло... Субстанция... Тегло... Не се появиха решения.

И тогава Дмитрий Иванович изпадна в тежки проблеми с времето. И се оказа много зле: не толкова „сега или никога“, но или днес, или въпросът отново беше отложен за няколко седмици.

Преди много време той даде обещание на Свободното икономическо общество да отиде в Тверска област през февруари, да разгледа тамошните фабрики за сирене и да представи мислите си как да постави този въпрос по съвременен начин. За пътуването вече е поискано разрешение от ръководството на университета. А „удостоверението за ваканция“ - тогавашното удостоверение за пътуване - вече беше коригирано. И последната прощална бележка от секретаря на Свободното икономическо дружество Ходнев е получена. И не оставаше нищо друго освен да се отправим към уреченото плаване. Влакът, с който трябваше да пътува до Твер, замина от гара Московски на 17 февруари вечерта.

„Сутрин, още в леглото, той неизменно изпиваше чаша топло мляко... След като ставаше и се измиваше, веднага отиваше в кабинета си и там изпиваше една, две, понякога три големи чаши с форма на чаша силен, не много сладък чай. (от мемоарите на племенницата му Н. Я. Капустина-Губкина).

Следата от чашата, запазена на гърба на бележката на Ходнев от 17 февруари, показва, че тя е получена рано сутринта, преди закуска, вероятно донесена от пратеник. А това от своя страна показва, че мисълта за система от елементи не е напускала Дмитрий Иванович нито денем, нито нощем: до отпечатъка на чашата листът пази видими следи от невидимия мисловен процес, довел до великото научно откритие . В историята на науката това е рядък случай, ако не и единствен.

Съдейки по веществените доказателства, това се е случило. След като допи чашата си и я постави на първото попаднало му място - върху писмото на Ходнев, той веднага грабна химикалката и на първия лист хартия, който му се натъкна, на същото писмо от Ходнев, той записа мисълта, която проблясна в неговата глава. На листа се появиха един под друг символите на хлора и калия... След това натрия и бора, после лития, бария, водорода... Химикалката се залута, както и мисълта. Накрая той взе нормална октама празна хартия - това парче хартия също е запазено - и скицира върху него, един под друг, в низходящ ред, редове от символи и атомни тегла: отгоре са алкалоземните елементи, отдолу те са халогените, под тях е кислородната група, под нея е азотната група, под нея е въглеродната група и т.н. За окото беше очевидно колко близки са разликите в атомните тегла на елементи от съседни рангове. Менделеев не би могъл да знае тогава, че „несигурната зона“ между очевидните неметалиИ металисъдържа елементи - благородни газове, чието откриване впоследствие значително ще модифицира Периодичната система.

Той бързаше, така че от време на време правеше грешки и грешки. На сярата беше определено атомно тегло 36, вместо 32. Като ги извади 65 (атомно тегло на цинка) 39 (атомно тегло на калия), той получи 27. Но не малките неща са важни! Носеше го висока вълна на интуиция.

Вярваше в интуицията. Използвах го съвсем съзнателно в най-различни ситуации в живота си. Анна Ивановна, съпругата на Менделеев, пише: „ Ако той

Трябваше да се реши някакъв труден, важен житейски въпрос, той бързо влезе с леката си походка, каза какво е и поиска да ми каже мнението си по първото впечатление. „Просто не мислете, просто не мислете“, повтори той. Говорих и това беше решението.”

Нищо обаче не проработи. Надрасканият лист отново се превърна в ребус. И времето минаваше, вечерта трябваше да отидем на гарата. Той вече е усетил и усетил основното. Но това усещане със сигурност трябваше да получи ясна логическа форма. Можете да си представите как в отчаяние или ярост той се втурна из офиса, оглеждаше всичко, което имаше в него, търсейки начин бързо да сглоби системата. Накрая той грабна купчина карти, отвори своите „Основи“ на дясната страница - където имаше списък с прости тела - и започна да прави безпрецедентно тесте карти. След като направи тесте химически карти, той започна да играе безпрецедентна игра на пасианс. Пасиансът очевидно беше предизвикателство! Първите шестима се наредиха без скандали. Но тогава всичко започна да се разплита.

Отново и отново Дмитрий Иванович грабваше писалката и с бързия си почерк драскаше колони с числа върху листа. И пак в недоумение той се отказа от това занимание и започна да свива цигара и да пуши толкова много, че главата му съвсем се замъгли. Накрая очите му започнаха да увисват, той се хвърли на дивана и заспа дълбоко. Това не беше необичайно за него. Този път не спал дълго - може би няколко часа, но може би няколко минути. Няма точна информация за това. Събуди се от факта, че видя пасианса си насън, и то не във вида, в който го остави на бюрото, а в друг, по-хармоничен и логичен. И той веднага скочи на крака и започна да чертае нова таблица върху лист хартия.

Първата му разлика от предишната версия беше, че елементите вече бяха подредени не в ред на намаляване, а в ред на увеличаване на атомните тегла. Второто е, че празните пространства вътре в таблицата бяха запълнени с въпросителни знаци и атомни тегла.

Ориз. 8. Груба скица, съставена от D.I. Менделеев по време на откриването на периодичния закон (по време на играта на „химически пасианс“). 17 февруари (1 март) 1869 г.

Дълго време историята на Дмитрий Иванович, че е видял масата си насън, се третира като анекдот. Намирането на нещо рационално в сънищата се смятало за суеверие. Днес науката вече не поставя сляпа бариера между процесите, протичащи в съзнанието и подсъзнанието. И той не вижда нищо свръхестествено във факта, че картина, която не се е появила в процеса на съзнателно обсъждане, е създадена в завършен вид в резултат на несъзнателен процес.

Менделеев, убеден в съществуването на обективен закон, на който се подчиняват всички елементи с различни свойства, следва коренно различен път.

Бидейки спонтанен материалист, той търси нещо материално като характеристика на елементите, отразяваща цялото многообразие на техните свойства.Приемайки за такава характеристика атомното тегло на елементите, Менделеев сравнява известните по това време групи според атомното тегло на техните членове.

Като напишете групата на халогените (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) под групата на алкалните метали (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) и поставяйки под тях други групи от подобни елементи (в нарастващ ред на техните атомни тегла), Менделеев установява, че членовете на тези естествени групи образуват обща правилна серия от елементи; Освен това химичните свойства на елементите, които съставляват такава серия, периодично се повтарят. Като постави всичките 63 елемента, известни по това време, в общата сума според стойността на атомните тегла "периодичната таблица" Менделеев открива, че създадените по-рано естествени групи органично влизат в тази система, губейки предишната си изкуствена разединеност. По-късно Менделеев формулира открития от него периодичен закон по следния начин: „ Свойствата на простите тела, както и формите и свойствата на съединенията на елементите, периодично зависят от стойностите на атомните тегла на елементите.

Менделеев публикува първата версия на таблицата на химичните елементи, изразяваща периодичния закон, под формата на отделен лист, озаглавен „Експеримент върху система от елементи, основана на тяхното атомно тегло и химично сходство“ и изпрати тази листовка през март 1869 г. на много руски и чуждестранни химици.

Ориз. 9. „Опит на система от елементи въз основа на тяхното тегло и химическо сходство.“

Първата таблица все още е много несъвършена, тя е далеч от съвременната форма на периодичната таблица. Но тази таблица се оказа първата графична илюстрация на модела, открит от Менделеев: „Елементите, подредени според техните атомни тегла, представляват ясна периодичност на свойствата“ („Връзка на свойствата с атомното тегло на елементите“ от Менделеев). Тази статия е резултат от мислите на учения, докато работи върху „Системно преживяване...“. Доклад за връзката, открита от Менделеев между свойствата на елементите и техните атомни тегла, е направен на 6 (18) март 1869 г. на заседание на Руското химическо общество. Менделеев не беше на тази среща. Вместо отсъстващия автор докладът му беше прочетен от химика Н. А. Меншуткин. В протокола на Руското химическо дружество се появява сух запис за срещата на 6 март: „Н. Меншуткин докладва от името на Д. Менделеев „опитът на система от елементи, основана на тяхното атомно тегло и химическо сходство“. Поради отсъствието на Д. Менделеев обсъждането на този въпрос беше отложено за следващото заседание.” Речта на Н. Меншуткин е публикувана в списанието на Руското химическо общество („Връзка на свойствата с атомното тегло на елементите“). През лятото на 1871 г. Менделеев обобщава многобройните си изследвания, свързани с установяването на периодичния закон в своята работа "Периодична валидност за химични елементи" . В класическия труд „Основи на химията“, който премина през 8 издания на руски и няколко издания на чужди езици по време на живота на Менделеев, Менделеев за първи път представи неорганичната химия въз основа на периодичния закон.

При конструирането на периодичната система от елементи Менделеев преодолява големи трудности, тъй като много елементи все още не са открити, а от 63 елемента, известни по това време, девет имат неправилно определени атомни тегла. Когато създава таблицата, Менделеев коригира атомното тегло на берилия, като поставя берилия не в една група с алуминия, както обикновено правят химиците, а в същата група с магнезия. През 1870-71 г. Менделеев променя стойностите на атомните тегла на индий, уран, торий, церий и други елементи, ръководейки се от техните свойства и определено място в периодичната таблица. Въз основа на периодичния закон той постави телур пред йод и кобалт пред никел, така че телурът да бъде в една колона с елементи, чиято валентност е 2, а йодът да бъде в същата колона с елементи, чиято валентност е 1 , въпреки че атомните тегла на тези елементи изискват обратното местоположение.

Менделеев видя три обстоятелства, които според него са допринесли за откриването на периодичния закон:

Първо, атомните тегла на повечето химически елементи са повече или по-малко точно определени;

Второ, появи се ясна концепция за групи от елементи с подобни химични свойства (естествени групи);

Трето, до 1869 г. е била изследвана 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. Предшествениците на Менделеев сравняват елементи, които са подобни един на друг. Тоест елементи от естествени групи. Тези групи се оказаха несвързани. Менделеев логично ги комбинира в структурата на таблицата си.

Въпреки това, дори след огромната и внимателна работа на химиците за коригиране на атомните тегла, на четири места от периодичната таблица елементите „нарушават“ стриктния ред на подреждане при увеличаване на атомните тегла. Това са двойки елементи:

18 Ar(39.948) – 19 K (39.098); 27 Co(58.933) – 28 Ni(58.69);

52 Te(127.60) – 53 I(126.904) 90 Th(232.038) – 91 Pa(231.0359).

По времето на Д. И. Менделеев подобни отклонения се смятаха за недостатъци на периодичната система. Теорията за структурата на атома постави всичко на мястото си: елементите са разположени абсолютно правилно - в съответствие със зарядите на техните ядра. Как тогава можем да обясним, че атомното тегло на аргона е по-голямо от атомното тегло на калия?

Атомното тегло на всеки елемент е равно на средното атомно тегло на всички негови изотопи, като се вземе предвид тяхното изобилие в природата. Случайно атомното тегло на аргона се определя от "най-тежкия" изотоп (той се среща в природата в по-големи количества). В калия, напротив, преобладава неговият „по-лек“ изотоп (т.е. изотоп с по-ниско масово число).

Менделеев характеризира хода на творческия процес, който представлява откриването на периодичния закон: „... 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, е необходимо 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 общоприетостта на направения извод, тъй като беше невъзможно да се допусне злополука.

Фундаменталното значение и новост на Периодичния закон беше следното:

1. Установена е връзка между елементи, които са различни по своите свойства. Тази връзка се състои в това, че свойствата на елементите се променят плавно и приблизително еднакво с увеличаването на атомното им тегло и след това тези промени СЕ ПОВТАРЯТ ПЕРИОДИЧНО.

2. В онези случаи, когато изглеждаше, че липсва някаква връзка в последователността от промени в свойствата на елементите, в периодичната таблица бяха предоставени GAPS, които трябваше да бъдат попълнени с елементи, които все още не са били открити.

Ориз. 10. Първите пет периода на периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Благородните газове все още не са открити, така че не са показани в таблицата. Още 4 неизвестни към момента на създаване на таблицата елемента са отбелязани с въпросителни. Свойствата на три от тях са предсказани от Д. И. Менделеев с висока точност (част от периодичната таблица от времето на Д. И. Менделеев в по-позната за нас форма).

Принципът, който D.I. Менделеев използва, за да предскаже свойствата на все още неизвестни елементи, е изобразен на фигура 11.

Въз основа на закона за периодичността и практически прилагайки закона на диалектиката за прехода на количествените промени в качествени, Менделеев още през 1869 г. посочи съществуването на четири елемента, които все още не бяха открити. За първи път в историята на химията е предсказано съществуването на нови елементи и техните атомни тегла са дори приблизително определени. В края на 1870г Менделеев, въз основа на своята система, описва свойствата на все още неоткрит елемент от група III, наричайки го "ека-алуминий". Ученият също така предположи, че новият елемент ще бъде открит с помощта на спектрален анализ. Наистина, през 1875 г. френският химик П. Е. Лекок дьо Боабодран, изследвайки цинковата смес със спектроскоп, открива Менделеев ека-алуминий в нея. Точното съвпадение на очакваните свойства на елемента с експериментално установените е първият триумф и блестящо потвърждение на предсказващата сила на периодичния закон. Описанията на свойствата на „ека-алуминия“, предсказани от Менделеев, и свойствата на галия, открити от Boisbaudran, са дадени в таблица 1.

Предсказано от Д. И. Менделеев

Инсталиран от Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaaluminium Ea Атомно тегло около 68 Просто тяло, трябва да е нискотопимо Плътността е близо до 5,9 Атомен обем 11.5 Не трябва да се окислява във въздуха Водата трябва да се разлага в нажежена топлина Формули на съединения: EaCl3, Ea2O3, Ea2(SO4)3 Трябва да образува стипца Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, но по-трудно от алуминий Оксидът Ea2O3 трябва лесно да се редуцира и да произведе метал, по-летлив от алуминия, и следователно може да се очаква да бъде открит чрез спектрален анализ на EaCl3 - летлив.

Атомно тегло около 69,72 Точката на топене на чистия галий е 30 градуса по Целзий Плътността на твърдия галий е 5,904, а на течния галий е 6,095 Атомен обем 11.7 Леко се окислява само при температури на червена топлина Разлага водата при високи температури Формули на съединенията: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Форми стипца NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Галият се редуцира от неговия оксид чрез калциниране в поток от водород; открити чрез спектрален анализ Точка на кипене на GaCl3 215-220 градуса С

През 1879г Шведският химик Л. Нилсон открива елемента скандий, който напълно съответства на екаборона, описан от Менделеев; през 1886 г. немският химик К. Винклер открива елемента германий, съответстващ на екасилиций; през 1898 г. френските химици Пиер Кюри и Мария Склодовска Кюри откриват полоний и радий. Менделеев смята Винклер, Лекок дьо Боабодран и Нилсон за „укрепители на периодичния закон“.

Предсказанията на Менделеев също се сбъдват: открити са тримарган – съвременният рений, дицезий – франций и др.

След това на учените от цял ​​свят стана ясно, че Периодичната таблица на Д. И. Менделеев не само систематизира елементите, но е графичен израз на основния закон на природата - Периодичния закон.

Този закон има предсказваща сила. Това направи възможно провеждането на целенасочено търсене на нови, все още неоткрити елементи. Атомните тегла на много елементи, определени по-рано недостатъчно точно, бяха обект на проверка и изясняване именно защото грешните им стойности бяха в противоречие с Периодичния закон.

По едно време Д. И. Менделеев отбеляза с разочарование: „...не знаем причините за периодичността“. Той не доживя да разреши тази мистерия.

Един от важните аргументи в полза на сложната структура на атомите беше откриването на периодичния закон на Д. И. Менделеев:

Свойствата на простите вещества, както и свойствата и формите на съединенията, периодично зависят от атомните маси на химичните елементи.

Когато беше доказано, че поредният номер на елемент в една система е числено равен на заряда на ядрото на неговия атом, стана ясна физическата същност на периодичния закон.

Но защо свойствата на химичните елементи се променят периодично с увеличаване на ядрения заряд? Защо системата от елементи е изградена така, а не иначе и защо нейните периоди съдържат строго определен брой елементи? На тези най-важни въпроси нямаше отговори.

Логическите разсъждения предвиждат, че ако има връзка между химичните елементи, състоящи се от атоми, тогава атомите имат нещо общо и следователно трябва да имат сложна структура.

Мистерията на периодичната система от елементи беше напълно разрешена, когато беше възможно да се разбере сложната структура на атома, структурата на външните му електронни обвивки и законите на движението на електрони около положително заредено ядро, в което почти цялата маса от атома е концентриран.

Всички химични и физични свойства на веществото се определят от структурата на неговите атоми. Периодичният закон, открит от Менделеев, е универсален закон на природата, тъй като се основава на закона за структурата на атома.

Основател на съвременното учение за атома е английският физик Ръдърфорд, който убедително показа, че почти цялата маса и положително заредената материя на атома е концентрирана в малка част от неговия обем. Той нарече тази част от атома сърцевина. Положителният заряд на ядрото се компенсира от въртящите се около него електрони. В този атомен модел електроните приличат на планетите от Слънчевата система, поради което получава името планетарен. Впоследствие Ръдърфорд успява да използва експериментални данни за изчисляване на ядрените заряди. Те се оказаха равни на поредните номера на елементите в таблицата на Д. И. Менделеев. След работата на Ръдърфорд и неговите ученици периодичният закон на Менделеев получи по-ясно значение и малко по-различна формулировка:

Свойствата на простите вещества, както и свойствата и формите на съединенията на елементите, периодично зависят от заряда на ядрото на атомите на елементите.

Така поредният номер на химичния елемент в периодичната таблица получи физическо значение.

През 1913 г. Г. Моузли изследва рентгеновото излъчване на редица химични елементи в лабораторията на Ръдърфорд. За тази цел той конструира анода на рентгеновата тръба от материали, състоящи се от определени елементи. Оказа се, че дължините на вълните на характеристичното рентгеново лъчение се увеличават с увеличаване на серийния номер на елементите, които изграждат катода. G. Moseley извежда уравнение, свързващо дължината на вълната и серийния номер Z:

Този математически израз сега се нарича закон на Моузли. Той дава възможност да се определи серийният номер на изследвания елемент въз основа на измерената дължина на вълната на рентгеновото лъчение.

Най-простото атомно ядро ​​е ядрото на водородния атом. Неговият заряд е равен и противоположен по знак на заряда на електрона, а масата му е най-малката от всички ядра. Ядрото на водородния атом е признато за елементарна частица и през 1920 г. Ръдърфорд му дава името протон . Масата на протона е приблизително една атомна единица маса.

Въпреки това, масата на всички атоми, с изключение на водорода, числено надвишава зарядите на атомните ядра. Ръдърфорд вече предположи, че в допълнение към протоните ядрата трябва да съдържат някои неутрални частици с определена маса. Тези частици са открити през 1932 г. от Боте и Бекер. Чадуик установи същността им и ги наименува неутрони . Неутронът е незаредена частица с маса, почти равна на масата на протона, т.е. също 1 а. Яжте.

През 1932 г. съветският учен Д. Д. Иваненко и немският физик Хайзенберг независимо един от друг развиват протонно-неутронната теория на ядрото, според която ядрата на атомите се състоят от протони и неутрони.

Нека разгледаме структурата на атом на някакъв елемент, например натрий, от гледна точка на протонно-неутронната теория. Атомният номер на натрия в периодичната система е 11, масовият номер 23. В съответствие с атомния номер зарядът на ядрото на натриев атом е + 11. Следователно натриевият атом има 11 електрона, сумата от техните заряди е равен на положителния заряд на ядрото. Ако натриевият атом загуби един електрон, тогава положителният заряд ще бъде с един повече от сумата на отрицателните заряди на електроните (10) и натриевият атом ще се превърне в йон със заряд 1+. Зарядът на ядрото на атома е равен на сумата от зарядите на 11 протона, разположени в ядрото, чиято маса е 11 а. e.m. Тъй като масовото число на натрия е 23 a. т.е., тогава разликата 23 – 11= 12 определя броя на неутроните в натриев атом.

Протоните и неутроните се наричат нуклони . Ядрото на натриевия атом се състои от 23 нуклона, от които 11 са протони и 12 са неутрони. Общият брой нуклони в ядрото се изписва в горния ляв ъгъл на символа на елемента, а броят на протоните в долния ляв ъгъл, например Na.

Всички атоми на даден елемент имат еднакъв ядрен заряд, тоест еднакъв брой протони в ядрото. Броят на неутроните в ядрата на атомите на елементите може да варира. Атомите, които имат еднакъв брой протони и различен брой неутрони в ядрата си, се наричат изотопи .

Наричат ​​се атоми на различни елементи, чиито ядра съдържат еднакъв брой нуклони изобари .

Науката дължи преди всичко на великия датски физик Нилс Бор установяването на реална връзка между структурата на атома и структурата на периодичната система. Той беше първият, който обясни истинските принципи на периодичните промени в свойствата на елементите. Бор започва, като прави жизнеспособен модела на атома на Ръдърфорд.

Планетарният модел на атома на Ръдърфорд отразява очевидната истина, че основната част от атома се съдържа в незначително малка част от обема - атомното ядро, а електроните са разпределени в останалата част от обема на атома. Естеството на движението на електрона в орбита около ядрото на атома обаче противоречи на теорията за движението на електрическите заряди в електродинамиката.

Първо, според законите на електродинамиката, въртящият се около ядрото електрон трябва да падне върху ядрото в резултат на загуба на енергия чрез радиация. Второ, когато се приближава до ядрото, дължините на вълните, излъчвани от електрона, трябва непрекъснато да се променят, образувайки непрекъснат спектър. Атомите обаче не изчезват, което означава, че електроните не попадат върху ядрото и емисионният спектър на атомите не е непрекъснат.

Ако металът се нагрее до температурата на изпарение, неговите пари ще започнат да светят, а парите на всеки метал имат свой собствен цвят. Излъчването на метални пари, разложено чрез призма, образува спектър, състоящ се от отделни светещи линии. Такъв спектър се нарича линеен спектър. Всяка линия от спектъра се характеризира с определена честота на електромагнитно излъчване.

През 1905 г. Айнщайн, обяснявайки феномена на фотоелектричния ефект, предполага, че светлината се разпространява под формата на фотони или енергийни кванти, които имат много специфично значение за всеки тип атом.

През 1913 г. Бор въвежда квантова концепция в планетарния модел на атома на Ръдърфорд и обяснява произхода на линейните спектри на атомите. Неговата теория за структурата на водородния атом се основава на два постулата.

Първи постулат:

Електронът се върти около ядрото, без да излъчва енергия, по строго определени стационарни орбити, които отговарят на квантовата теория.

Във всяка от тези орбити електронът има определена енергия. Колкото по-далеч е орбитата от ядрото, толкова повече енергия има електронът, разположен върху нея.

Движението на обект около център в класическата механика се определя от ъгловия момент m´v´r, където m е масата на движещия се обект, v е скоростта на обекта, r е радиусът на окръжността. Според квантовата механика енергията на този обект може да има само определени стойности. Бор вярва, че ъгловият импулс на електрона във водороден атом може да бъде равен само на цял брой кванти на действие. Очевидно тази връзка е предположение на Бор; по-късно тя е изведена математически от френския физик дьо Бройл.

Така математическият израз на първия постулат на Бор е равенството:

(1)

В съответствие с уравнение (1), минималният радиус на орбитата на електрона и, следователно, минималната потенциална енергия на електрона съответства на стойност n, равна на единица. Състоянието на водородния атом, което съответства на стойността n=1, се нарича нормално или основно. Водороден атом, чийто електрон се намира във всяка друга орбита, съответстваща на стойностите n = 2, 3, 4,¼, се нарича възбуден.

Уравнение (1) включва скоростта на електрона и орбиталния радиус като неизвестни. Ако създадете друго уравнение, което включва v и r, можете да изчислите стойностите на тези важни характеристики на електрона във водородния атом. Това уравнение се получава, като се вземе предвид равенството на центробежните и центростремителните сили, действащи в системата „ядро на водороден атом – електрон“.

Центробежната сила е равна на. Центростремителната сила, която определя привличането на електрона към ядрото, според закона на Кулон, е . Като вземем предвид равенството на зарядите на електрона и ядрото във водородния атом, можем да напишем:

(2)

Решавайки системата от уравнения (1) и (2) за v и r, намираме:

(3)

Уравнения (3) и (4) позволяват да се изчислят радиусите на орбитите и скоростите на електроните за всяка стойност на n. Когато n=1, радиусът на първата орбита на водородния атом е радиусът на Бор, равен на 0,053 nm. Скоростта на един електрон в тази орбита е 2200 km/s. Уравнения (3) и (4) показват, че радиусите на електронните орбити на водородния атом са свързани един с друг като квадрати на естествените числа и скоростта на електрона намалява с увеличаване на n.

Втори постулат:

Когато се движи от една орбита в друга, електронът поглъща или излъчва квант енергия.

Когато един атом е възбуден, т.е. когато един електрон се движи от орбита, по-близка до ядрото, към по-отдалечена, квант енергия се абсорбира и, обратно, когато един електрон се движи от далечна орбита към близка, квантовата енергия Излъчва се E 2 – E 1 = hv. След като намира радиусите на орбитите и енергията на електрона върху тях, Бор изчислява енергията на фотоните и съответните линии в линейния спектър на водорода, които съответстват на експерименталните данни.

Числото n, което определя размера на радиусите на квантовите орбити, скоростта на движение на електроните и тяхната енергия, се нарича главно квантово число .

Впоследствие Зомерфелд подобрява теорията на Бор. Той предположи, че един атом може да има не само кръгови, но и елиптични орбити на електрони и въз основа на това той обясни произхода на фината структура на водородния спектър.

Ориз. 12. Електронът в атома на Бор описва не само кръгови, но и елиптични орбити. Ето как изглеждат за различни стойности лпри П =2, 3, 4.

Теорията на Бор-Зоммерфелд за структурата на атома обаче комбинира класически и квантово-механични концепции и по този начин е изградена върху противоречия. Основните недостатъци на теорията на Бор-Зоммерфелд са следните:

1. Теорията не е в състояние да обясни всички детайли на спектралните характеристики на атомите.

2. Не дава възможност да се изчисли количествено химичната връзка дори в такава проста молекула като молекулата на водорода.

Но фундаменталната позиция беше твърдо установена: запълването на електронните обвивки в атомите на химичните елементи става, започвайки от третия, М -черупки не последователно, постепенно до пълен капацитет (т.е. както беше с ДА СЕ- И Л - черупки), но стъпаловидно. С други думи, изграждането на електронни обвивки временно се прекъсва поради факта, че в атомите се появяват електрони, принадлежащи към други обвивки.

Тези букви са обозначени, както следва: н , л , m l , Госпожица – и на езика на атомната физика се наричат ​​квантови числа. Исторически те се въвеждат постепенно и появата им до голяма степен се свързва с изучаването на атомните спектри.

Така се оказва, че състоянието на всеки електрон в атома може да бъде записано със специален код, който е комбинация от четири квантови числа. Това не са просто някакви абстрактни величини, използвани за записване на електронни състояния. Напротив, всички те имат реално физическо съдържание.

Номер П се включва във формулата за капацитета на електронната обвивка (2 П 2), т.е. това квантово число П съответства на номера на електронната обвивка; с други думи, това число определя дали един електрон принадлежи към дадена електронна обвивка.

Номер П приема само цели числа: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,..., съответстващи съответно на черупките: K, L, M, N, O, P, Q.

Тъй като П е включено във формулата за енергията на електрона, тогава те казват, че главното квантово число определя общия енергиен резерв на електрона в атома.

Друга буква от нашата азбука - орбиталното (странично) квантово число - се обозначава като л . Той беше въведен, за да подчертае неравенството на всички електрони, принадлежащи към дадена обвивка.

Всяка черупка е разделена на определени подчерупки, като техният брой е равен на номера на черупката. Тоест, K-shell ( П =1) се състои от една подчерупка; L-черупка ( П =2) – от две; М-черупка ( П =3) – от три подобвивки...

И всяка подобвивка на тази обвивка се характеризира с определена стойност л . Орбиталното квантово число също приема цели числа, но започвайки от нула, т.е. 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6... Така, л винаги по-малко П . Лесно е да се разбере, че когато П =1 л =0; при н =2 л =0 и 1; при н = 3 л = 0, 1 и 2 и т.н. Число л , така да се каже, има геометричен образ. В крайна сметка орбитите на електроните, принадлежащи към една или друга обвивка, могат да бъдат не само кръгови, но и елиптични.

Различни значения л и характеризира различни видове орбити.

Физиците обичат традициите и предпочитат старите буквени обозначения за обозначаване на електронни подобвивки с ( л =0), стр ( л =1), д ( л =2), f ( л =3). Това са първите букви от немски думи, които характеризират характеристиките на поредица от спектрални линии, причинени от електронни преходи: рязко, основно, замъглено, основно.

Сега можем накратко да запишем кои електронни подобвивки се съдържат в електронните обвивки (Таблица 2).

Знаейки колко електрони могат да поемат различните електронни подобвивки, помага да се определят третото и четвъртото квантови числа - m l и m s, които се наричат ​​магнитни и спинови.

Магнитно квантово число m лтясно свързано с л и определя, от една страна, посоката на разположение на тези орбити в пространството, а от друга, възможния им брой за даден л . От някои закономерности на атомната теория следва, че за дадено л квантово число m л, отнема 2 л +1 цели числа: от – л до + л , включително нула. Например за л =3 това е последователността m л имаме: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, т.е. общо седем стойности.

Защо м лнаречена магнитна? Всеки електрон, въртящ се в орбита около ядрото, по същество представлява един оборот от намотката, през която протича електрически ток. Възниква магнитно поле, така че всяка орбита в атом може да се разглежда като плосък магнитен лист. Когато има външно магнитно поле, всяка електронна орбита ще взаимодейства с това поле и ще се стреми да заеме определена позиция в атома.

Броят на електроните във всяка орбита се определя от стойността на квантовото число на спина m s.

Поведението на атомите в силни нехомогенни магнитни полета показа, че всеки електрон в атома се държи като магнит. И това показва, че електронът се върти около собствената си ос, като планета в орбита. Това свойство на електрона се нарича "въртене" (преведено от английски като "въртене"). Ротационното движение на електрона е постоянно и непроменливо. Въртенето на електрона е напълно необичайно: то не може да бъде забавено, ускорено или спряно. Това е същото за всички електрони в света.

Но въпреки че спинът е общо свойство на всички електрони, той също така обяснява разликите между електроните в атома.

Два електрона, въртящи се в една и съща орбита около ядро, имат еднакъв спин по големина и въпреки това могат да се различават по посока на собственото си въртене. В този случай знакът на ъгловия момент и знакът на въртенето се променят.

Квантовото изчисление води до две възможни стойности на спиновите квантови числа, присъщи на електрон в орбита: s=+ и s= - . Не може да има други значения. Следователно в един атом или само един или два електрона могат да се въртят във всяка орбита. Не може да има повече.

Всяка електронна подобвивка може да побере максимум 2 (2 л + 1) - електрони, а именно (таблица 3):

От тук, чрез просто събиране, се получават капацитетите на последователните черупки.

Простотата на основния закон, до който беше сведена първоначалната безкрайна сложност на структурата на атома, е удивителна. Цялото причудливо поведение на електроните във външната му обвивка, която контролира всичките му свойства, може да се изрази необичайно просто: В един атом няма и не може да има два еднакви електрона.Този закон е известен в науката като принцип на Паули (на името на швейцарския физик теоретик).

Познавайки общия брой електрони в атома, който е равен на неговия атомен номер в системата на Менделеев, можете да „построите“ атом: можете да изчислите структурата на външната му електронна обвивка - да определите колко електрони има в него и какво вид електрони, те са в него.

Докато растете З подобни видове електронни конфигурации на атоми се повтарят периодично.По същество това също е формулировка на периодичния закон, но по отношение на процеса на разпределение на електроните между обвивките и подобвивките.

Познавайки закона за структурата на атома, сега можем да изградим периодична таблица и да обясним защо е изградена по този начин. Необходимо е само едно малко терминологично уточнение: онези елементи, в чиито атоми възниква изграждането на s-, p-, d-, f-подчерупки, обикновено се наричат ​​съответно s-, p-, d-, f-елементи.

Формулата на атома обикновено се записва в следната форма: основното квантово число се обозначава със съответното число, вторичното квантово число се отбелязва с буква, а броят на електроните се отбелязва горе вдясно.

Първият период съдържа 1 s-елемента - водород и хелий. Схематичното означение за първия период е следното: 1 s 2 . Вторият период може да се изобрази по следния начин: 2 s 2 2 p 6, т.е. включва елементи, в които са запълнени 2 s-, 2 p-подобвивки. И третият (в него са вградени 3 s-, 3p-подчерупки): 3 s 2 3p 6. Очевидно подобни видове електронни конфигурации се повтарят.

В началото на 4-ия период има два 4 s-елемента, т.е. запълването на N-черупката започва по-рано, отколкото е завършено изграждането на M-черупката. Съдържа още 10 свободни места, които се запълват от десет следващи елемента (3 d-елемента). Запълването на М-обвивката е приключило, запълването на N-обвивката продължава (с шест 4 p-електрона). Следователно структурата на 4-ти период е следната: 4 s 2 3 d 10 4 p 6. Петият период се попълва по същия начин:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

В шестия период има 32 елемента. Схематичното му обозначение е: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6.

И накрая, следващият, 7-ми период: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6. Трябва да се има предвид, че не всички елементи от 7-ия период все още са известни.

Това поетапно запълване на черупките е строг физичен закон. Оказва се, че вместо да заемат нивата на 3d подобвивката, е по-изгодно (от енергийна гледна точка) електроните първо да заемат нивата на 4s подобвивката. Именно тези енергийни „люлки“ „по-изгодни - по-малко изгодни“ обясняват ситуацията, че в химичните елементи запълването на електронните обвивки става на стъпки.

В средата на 20-те години. Френският физик Л. де Бройл изрази смела идея: всички материални частици (включително електроните) имат не само материални, но и вълнови свойства. Скоро беше възможно да се покаже, че електроните, подобно на светлинните вълни, също могат да се огъват около препятствия.

Тъй като електронът е вълна, неговото движение в атом може да се опише с помощта на вълновото уравнение. Това уравнение е изведено през 1926 г. от австрийския физик Е. Шрьодингер. Математиците го наричат ​​частично диференциално уравнение от втори ред. За физиците това е основното уравнение на квантовата механика.

Ето как изглежда уравнението:

+++ y = 0,

Където м– маса на електрона; r – разстоянието на електрона от ядрото; д – заряд на електрона; д– обща енергия на електрони, равна на сумата от кинетичната и потенциалната енергия; З– пореден номер на атома (за водородния атом е 1); ч– „количество на действие“; х , г , z – електронни координати; y е вълновата функция (абстрактна абстрактна величина, характеризираща степента на вероятност).

Степента на вероятност един електрон да се намира на определено място в пространството около ядрото. Ако y = 1, тогава електронът наистина трябва да е точно на това място; ако y = 0, тогава там няма следа от електрон.

Идеята за вероятността да се намери електрон е централна за квантовата механика. А стойността на функцията y (psi) (по-точно квадратът на нейната стойност) изразява вероятността един електрон да се намира в една или друга точка на пространството.

В квантовомеханичния атом няма определени електронни орбити, така ясно очертани в модела на атома на Бор. Електронът изглежда е разпръснат в пространството под формата на облак. Но плътността на този облак е различна: както се казва, къде е дебел и къде е празен. По-висока плътност на облака съответства на по-висока вероятност за намиране на електрон.

От абстрактния квантово-механичен модел на атома може да се премине към визуалния и видим модел на атома на Бор. За да направите това, трябва да решите уравнението на Шрьодингер. Оказва се, че вълновата функция е свързана с три различни величини, които могат да приемат само цели числа. Освен това последователността от промени в тези количества е такава, че те не могат да бъдат нищо друго освен квантови числа. Главен, орбитален и магнитен. Но те бяха въведени специално за обозначаване на спектрите на различни атоми. След това те много органично мигрираха към модела на атома на Бор. Това е научна логика - дори и най-тежкият скептик не може да я подкопае.

Всичко това означава, че решаването на уравнението на Шрьодингер в крайна сметка води до извеждането на последователността на запълване на електронните обвивки и подобвивки на атомите. Това е основното предимство на квантово-механичния атом пред атома на Бор. И понятията, познати на планетарния атом, могат да бъдат преразгледани от гледна точка на квантовата механика. Можем да кажем, че орбитата е определен набор от вероятни позиции на даден електрон в атом. Съответства на определена вълнова функция. Вместо термина „орбита” в съвременната атомна физика и химия се използва терминът „орбитала”.

И така, уравнението на Шрьодингер е като магическа пръчка, която елиминира всички недостатъци, съдържащи се във формалната теория на периодичната таблица. Трансформира "формално" във "фактическо".

В действителност това далеч не е така. Тъй като уравнението има точно решение само за водородния атом, най-простият от атомите. За атома на хелия и следващите е невъзможно да се реши точно уравнението на Шрьодингер, тъй като се добавят силите на взаимодействие между електроните. А отчитането на тяхното влияние върху крайния резултат е математическа задача с невъобразима сложност. Тя е недостъпна за човешките способности; с него могат да се мерят само високоскоростни електронни компютри, извършващи стотици хиляди операции в секунда. И дори тогава само при условие, че програмата за изчисление е разработена с множество опростявания и приближения.

За 40 години списъкът на известните химични елементи се е увеличил с 19. И всичките 19 елемента са синтезирани, приготвени изкуствено.

Синтезът на елементи може да се разбира като получаване от елемент с по-нисък ядрен заряд, по-нисък атомен номер, елемент с по-висок атомен номер. А самият процес на производство се нарича ядрена реакция. Уравнението му е написано по същия начин като уравнението на обикновена химична реакция. От лявата страна са реагиращите вещества, отдясно са получените продукти. Реагентите в ядрената реакция са мишената и бомбардиращата частица.

Целта може да бъде почти всеки елемент от периодичната таблица (в свободна форма или под формата на химично съединение).

Ролята на бомбардиращи частици играят a-частици, неутрони, протони, дейтрони (ядра на тежкия изотоп на водорода), както и т. нар. многозарядни тежки йони на различни елементи - бор, въглерод, азот, кислород, неон, аргон и други елементи от периодичната таблица.

За да възникне ядрена реакция, бомбардиращата частица трябва да се сблъска с ядрото на целевия атом. Ако една частица има достатъчно висока енергия, тя може да проникне толкова дълбоко в ядрото, че да се слее с него. Тъй като всички изброени по-горе частици, с изключение на неутрона, носят положителни заряди, когато се сливат с ядрото, те увеличават неговия заряд. И промяната в стойността на Z означава трансформация на елементи: синтез на елемент с нова стойност на ядрения заряд.

За да се намери начин да се ускорят бомбардиращите частици и да им се придаде висока енергия, достатъчна да се слеят с ядрата, е изобретен и конструиран специален ускорител на частици - циклотрон. Тогава построиха специален завод за нови елементи - ядрен ректор. Пряката му цел е да генерира ядрена енергия. Но тъй като в него винаги съществуват интензивни неутронни потоци, те са лесни за използване за целите на изкуствения синтез. Неутронът няма заряд и следователно не е необходимо (и е невъзможно) да бъде ускорен. Напротив, бавните неутрони се оказват по-полезни от бързите.

Химиците трябваше да натоварят мозъка си и да покажат истински чудеса на изобретателността, за да разработят начини за отделяне на малки количества нови елементи от целевото вещество. Научете се да изучавате свойствата на нови елементи, когато са налични само няколко атома...

С работата на стотици и хиляди учени бяха попълнени 19 нови клетки в периодичната таблица. Четири са в старите му граници: между водорода и урана. Петнадесет - за уран. Ето как се случи всичко...

4 места в периодичната таблица останаха празни дълго време: клетки № 43, 61, 85 и 87.

Тези 4 елемента бяха неуловими. Усилията на учените, насочени към търсенето им в природата, останаха неуспешни. С помощта на периодичния закон отдавна са запълнени всички други места в периодичната система - от водорода до урана.

Неведнъж в научни списания са се появявали съобщения за откриването на тези четири елемента. Но всички тези открития не бяха потвърдени: всеки път, когато точна проверка показваше, че е направена грешка и случайни незначителни примеси се заблуждаваха за нов елемент.

Дългото и трудно търсене най-накрая доведе до откриването на един от неуловимите елементи на природата. Оказа се, че ексцезиум № 87 се среща във веригата на разпадане на естествения радиоактивен изотоп уран-235. Това е краткотраен радиоактивен елемент.

Ориз. 13. Схема на формиране на елемент No 87 – Франция. Някои радиоактивни изотопи могат да се разпадат по два начина, например чрез а- и b-разпадане. Това явление се нарича радиоактивна вилка. Всички естествени радиоактивни семейства съдържат вилици.

Елемент 87 заслужава да бъде разгледан по-подробно. Сега в химическите енциклопедии четем: франций (сериен номер 87) е открит през 1939 г. от френския учен Маргарита Перей.

Как Перей успя да улови неуловимата стихия? През 1914 г. трима австрийски радиохимици - С. Майер, В. Хес и Ф. Панет - започват да изучават радиоактивния разпад на изотопа актиний с масово число 227. Известно е, че той принадлежи към семейството на актинуран и излъчва b-частици; следователно неговият продукт на разпадане е торий. Учените обаче имаха смътни подозрения, че актиний-227 в редки случаи също излъчва а-частици. С други думи, това е един пример за радиоактивна вилка. По време на такава трансформация трябва да се образува изотоп на елемент 87. Майер и колегите му наистина са наблюдавали алфа частици. Необходими бяха допълнителни изследвания, но те бяха прекъснати от Първата световна война.

Маргарита Перей тръгна по същия път. Но тя имаше на разположение по-чувствителни инструменти и нови, подобрени методи за анализ. Ето защо тя беше успешна.

Францият се класифицира като изкуствено синтезиран елемент. Но все пак елементът е открит за първи път в природата. Това е изотоп на франций-223. Неговият полуживот е само 22 минути. Става ясно защо има толкова малко Франция на Земята. Първо, поради своята крехкост, той няма време да се концентрира в някакви забележими количества, и второ, самият процес на неговото образуване се характеризира с ниска вероятност: само 1,2% от ядрата на актиний-227 се разпадат с излъчването на a- частици.

В това отношение е по-изгодно да се приготви франциум изкуствено. Вече са получени 20 изотопа на франция, като най-дълголетният от тях е франций-223. Работейки с много малки количества франциеви соли, химиците успяха да докажат, че неговите свойства са изключително подобни на цезия.

Изследвайки свойствата на атомните ядра, физиците стигнаха до извода, че не могат да съществуват стабилни изотопи за елементи с атомни номера 43, 61, 85 и 87. Те могат да бъдат само радиоактивни, имат кратък полуживот и трябва да изчезнат бързо. Следователно всички тези елементи са създадени изкуствено от човека. Пътищата за създаване на нови елементи бяха посочени от периодичния закон. Елемент 43 е първият изкуствено създаден.

Ядрото на елемент 43 трябва да има 43 положителни заряда и 43 електрона, обикалящи около ядрото. Празното пространство за елемент 43, разположено в средата на петия период, има манган в четвъртия период и рений в шестия. Следователно химичните свойства на елемент 43 трябва да бъдат подобни на тези на мангана и рения. Вляво от клетка 43 е молибден № 42, вдясно е рутений № 44. Следователно, за да се създаде елемент 43, е необходимо да се увеличи броят на зарядите в ядрото на атом, който има 42 заряда, с още един елементарен заряд. Следователно, за да се синтезира нов елемент 43, е необходимо да се вземе молибден като изходен материал. Най-лекият елемент, водородът, има един положителен заряд. Така че може да се очаква, че елемент 43 може да бъде получен от ядрена реакция между молибден и протон.

Ориз. 14. Схема за синтез на елемент № 43 – технеций.

Свойствата на елемент 43 трябва да са подобни на тези на мангана и рения и за да се открие и докаже образуването на този елемент, е необходимо да се използват химични реакции, подобни на тези, чрез които химиците определят наличието на малки количества манган и рений.

Ето как периодичната таблица позволява да се очертае пътя за създаване на изкуствени елементи.

По абсолютно същия начин през 1937 г. е създаден първият изкуствен химичен елемент. Получава многозначителното име технеций - първият елемент, произведен технически, изкуствено. Така е извършен синтезът на технеций. Молибденовата плоча беше подложена на интензивно бомбардиране от ядра на тежкия изотоп на водорода - деутерий, които бяха ускорени в циклотрон до огромна скорост.

Тежките водородни ядра, които получиха много висока енергия, проникнаха в молибденовите ядра. След облъчване в циклотрон, молибденовата пластмаса се разтваря в киселина. От разтвора се изолира незначително количество ново радиоактивно вещество чрез същите реакции, които са необходими за аналитичното определяне на манган (аналог на елемент 43). Това беше новият елемент – технеций. Те отговарят точно на позицията на елемента в периодичната таблица.

Сега технеций стана доста достъпен: той се образува в доста големи количества в ядрени реактори. Технецият е добре проучен и вече се използва в практиката.

Методът, по който е създаден елемент 61, е много подобен на метода, по който се произвежда технеций. Елемент 61 е изолиран едва през 1945 г. от фрагментиращи елементи, образувани в ядрен реактор в резултат на деленето на уран.

Ориз. 15. Схема за синтез на елемент № 61 – прометий.

Елементът получи символичното име "прометий". Това име не му беше дадено лесно. Той символизира драматичния път на науката, която краде от природата енергията на ядрения делене и овладява тази енергия (според легендата титанът Прометей откраднал огъня от небето и го дал на хората; за това той бил окован за скала и огромен орел го измъчвал ежедневно), но също така предупреждава хората срещу ужасната опасност от война.

Сега прометий се получава в значителни количества: той се използва в атомни батерии - източници на постоянен ток, които могат да работят без прекъсване в продължение на много години.

По подобен начин е синтезиран най-тежкият халоген, екайод, елемент 85. Първоначално е получен чрез бомбардиране на бисмут (№ 83) с ядра на хелий (№ 2), ускорени в циклотрон до високи енергии. Новият елемент е наречен астат (нестабилен). Той е радиоактивен и изчезва бързо. Химичните му свойства също се оказаха в точно съответствие с периодичния закон. Той е подобен на йода.

Ориз. 16. Схема за синтез на елемент № 85 – астат.

Трансурановите елементи са изкуствено синтезирани химични елементи, разположени в периодичната таблица след урана. Колко още от тях ще могат да бъдат синтезирани в бъдеще, все още никой не може да отговори със сигурност.

Уранът беше последният елемент в естествената поредица от химически елементи в продължение на 70 дълги години.

И през цялото това време учените естествено се притесняваха от въпроса: съществуват ли в природата елементи, по-тежки от урана? Дмитрий Иванович вярваше, че ако някога в недрата на земята могат да бъдат открити уранови елементи, тогава броят им трябва да бъде ограничен. След откриването на радиоактивността липсата на такива елементи в природата се обяснява с факта, че техният полуживот е кратък и всички те са се разпаднали и превърнали в по-леки елементи преди много време, в много ранните етапи от еволюцията на нашата планета. . Но уранът, който се оказа радиоактивен, имаше толкова дълъг живот, че оцеля и до днес. Защо природата не можеше да даде поне на най-близките трансуранци също толкова щедро време за съществуване? Има много съобщения за откриването на предполагаеми нови елементи в системата - между водорода и урана, но почти никога научните списания не са писали за откриването на трансуран. Учените само спореха за причината за прекъсването на периодичната таблица на урана.

Само ядреният синтез позволи да се установят интересни обстоятелства, които преди това дори не можеха да се подозират.

Първите изследвания върху синтеза на нови химични елементи бяха насочени към изкуственото производство на трансуран. За първия изкуствен трансураниев елемент се говори три години преди да се появи технеций. Стимулиращото събитие беше откриването на неутрона. елементарна частица, лишена от заряд, имала огромна проникваща способност, можела да достигне атомното ядро ​​без никакви препятствия и да предизвика трансформации на различни елементи. Неутроните започнаха да се изстрелват по мишени, направени от голямо разнообразие от вещества. Пионерът на изследванията в тази област е изключителният италиански физик Е. Ферми.

Уранът, облъчен с неутрони, проявява неизвестна активност с кратък период на полуразпад. Уран-238, абсорбирайки неутрон, се превръща в неизвестен изотоп на елемента уран-239, който е b-радиоактивен и трябва да се превърне в изотоп на елемент с атомен номер 93. Подобно заключение е направено от Е. Ферми и неговите колеги.

Всъщност бяха необходими много усилия, за да се докаже, че неизвестната активност всъщност съответства на първия трансуранов елемент. Химическите операции доведоха до заключението: новият елемент е подобен по свойства на мангана, т.е. той принадлежи към VII b-подгрупа. Този аргумент се оказа впечатляващ: по това време (през 30-те години) почти всички химици вярваха, че ако съществуват трансуранови елементи, тогава поне първият от тях ще бъде подобен д-елементи от предходни периоди. Това беше грешка, която несъмнено повлия на историята на откриването на елементи, по-тежки от урана.

Накратко, през 1934 г. Е. Ферми уверено обяви синтеза не само на елемент 93, на който даде името „аузоний“, но и на неговия десен съсед в периодичната таблица, „хесперия“ (№ 94). Последният е продукт на b-разпадането на аузоний:

Имаше учени, които „издърпаха“ тази верига още по-напред. Сред тях: немските изследователи О. Хан, Л. Майтнер и Ф. Щрасман. През 1937 г. вече се говори за елемент № 97 като за нещо реално:

Но нито един от новите елементи не е получен в забележими количества или изолиран в свободна форма. Техният синтез се съди по различни косвени признаци.

В крайна сметка се оказа, че всички тези ефимерни вещества, приемани за трансуранови елементи, всъщност са елементи, принадлежащи ... към средата на периодичната таблица, тоест изкуствени радиоактивни изотопи на отдавна известни химични елементи. Това става ясно, когато на 22 декември 1938 г. О. Хан и Ф. Щрасман правят едно от най-големите открития на 20 век. – откриване на делене на уран под въздействието на бавни неутрони. Учените неопровержимо са установили, че облъченият с неутрони уран съдържа изотопи на бария и лантана. Те биха могли да се образуват само при предположението, че неутроните изглежда разбиват урановите ядра на няколко по-малки фрагмента.

Механизмът на делене е обяснен от Л. Майтнер и О. Фриш. Вече съществува така нареченият капков модел на ядрото: атомното ядро ​​става като капка течност. Ако на една капка се даде достатъчно енергия и се развълнува, тя може да се раздели на по-малки капки. По същия начин ядрото, приведено във възбудено състояние от неутрон, може да се разпадне и да се раздели на по-малки части - ядрата на атомите на по-леките елементи.

През 1940 г. съветските учени Г. Н. Флеров и К. А. Петржак доказват, че деленето на урана може да възникне спонтанно. Така беше открит нов тип радиоактивна трансформация, открита в природата, спонтанното делене на урана. Това беше изключително важно откритие.

Въпреки това е погрешно да се обявяват за погрешни изследванията на трансураните през 30-те години.

Уранът има два основни природни изотопа: уран-238 (значително преобладаващ) и уран-235. Вторият се разпада главно под въздействието на бавни неутрони, докато първият, поглъщайки неутрон, се превръща само в по-тежък изотоп - уран-239, и това поглъщане е по-интензивно, колкото по-бързи са бомбардиращите неутрони. Следователно, при първите опити за синтезиране на трансуран, ефектът от забавянето на неутроните доведе до факта, че когато мишена, направена от естествен уран, съдържаща и беше „изстреляна“, процесът на делене преобладаваше.

Но уран-238, който абсорбира неутрон, трябваше да даде началото на веригата на образуване на трансуранови елементи. Беше необходимо да се намери надежден начин за улавяне на атомите на елемент 93 в сложна бъркотия от фрагменти от делене. Относително по-малки по маса, тези фрагменти по време на бомбардирането на уран трябва да са прелетели на по-големи разстояния (имат по-голяма дължина на пътя) от много масивните атоми на елемент 93.

Американският физик Е. Макмилън, работил в Калифорнийския университет, основава своите експерименти на тези съображения. През пролетта на 1939 г. той започва внимателно да изучава разпределението на фрагментите от делене на уран по дължината на пътя. Той успя да отдели малка част от фрагменти с малък обхват. Именно в тази част той открива следи от радиоактивно вещество с период на полуразпад от 2,3 дни и висок интензитет на радиация. Такава активност не се наблюдава в други фракции от фрагменти. Макмилън успя да покаже, че това вещество X е продукт на разпадане на изотопа уран-239:

В работата се включи химикът Ф. Аблесън. Оказа се, че радиоактивно вещество с период на полуразпад 2,3 дни може да се отдели химически от уран и торий и няма нищо общо с рения. Така предположението, че елемент 93 трябва да бъде екарениум, се срина.

Успешният синтез на нептуний (новият елемент е кръстен на планетата от Слънчевата система) беше обявен от американското списание "Physical Review" в началото на 1940 г. Така започна ерата на синтеза на трансуранови елементи, които се оказаха много важно за по-нататъшното развитие на учението на Менделеев за периодичността.

Ориз. 17. Схема за синтез на елемент No 93 - нептуний.

Дори периодите на най-дългоживеещите изотопи на трансурановите елементи като правило са значително по-кратки от възрастта на Земята и следователно тяхното съществуване в природата в момента е практически изключено. Така е ясна причината за прекъсването на естествения ред от химични елементи върху урана - елемент 92.

Нептуният беше последван от плутоний. Синтезиран е чрез ядрена реакция:

зимата на 1940-1941 г американски учен Г. Сиборг и неговите колеги (впоследствие в лабораторията на Г. Сиборг бяха синтезирани няколко нови трансуранови елемента). Но се оказа, че най-важният изотоп на плутония има период на полуразпад от 24 360 години. Освен това плутоний-239 се дели много по-интензивно под въздействието на бавни неутрони, отколкото

Ориз. 18. Схема за синтез на елемент No 94 - плутоний.

През 40-те години Синтезирани са още три елемента, по-тежки от урана: америций (в чест на Америка), кюрий (в чест на М. и П. Кюри) и беркелий (в чест на Бъркли в Калифорния). Целта в ядрените реактори беше плутоний-239, бомбардиран от неутрони и a-частици, и америций (облъчването му доведе до синтеза на беркелий):

.

50-те години започва със синтеза на калифорний (№ 98). Той е получен, когато дългоживеещият изотоп curium-242 е натрупан в значителни количества и от него е направена мишена. Ядрена реакция: доведе до синтеза на нов елемент 98.

За да се премине към елементи 99 и 100, трябваше да се внимава да се натрупат тегла от беркелий и калифорний. Бомбардирането на мишени, направени от тях, с a-частици даде основание за синтезиране на нови елементи. Но периодите на полуразпад (часове и минути) на синтезираните изотопи на елементи 97 и 98 са твърде кратки и това се оказва пречка за натрупването им в необходимите количества. Предложен е и друг начин: дългосрочно облъчване на плутоний с интензивен неутронен поток. Но ще трябва да чакаме резултатите в продължение на много години (за да се получи един от изотопите на беркелий в неговата чиста форма, плутониевата цел беше облъчена в продължение на 6 години!). Имаше само един начин за значително намаляване на времето за синтез: рязко увеличаване на мощността на неутронния лъч. Това се оказа невъзможно в лаборатории.

На помощ дойде термоядрен взрив. На 1 ноември 1952 г. американците взривяват термоядрен апарат на атола Ениветак в Тихия океан. От мястото на експлозията са събрани няколкостотин килограма пръст и са изследвани проби. В резултат на това беше възможно да се открият изотопи на елементи 99 и 100, наречени съответно айнщайний (в чест на А. Айнщайн) и фермий (в чест на Е. Ферми).

Генерираният по време на експлозията неутронен поток се оказа много мощен, така че ядрата на уран-238 успяха да абсорбират голям брой неутрони за много кратък период от време. Тези свръхтежки изотопи на урана, в резултат на вериги от последователни разпадания, се превърнаха в изотопи на айнщайний и фермий (Фигура 19).

Ориз. 19. Схема на синтез на елементи № 99 – айнщайний и № 100 – фермий.

Менделеевий е името, дадено на химичен елемент № 101, синтезиран от американски физици, ръководени от Г. Сиборг през 1955 г. Авторите на синтеза нарекоха новия елемент „в чест на заслугите на великия руски химик, който пръв използвайте периодичната система, за да предскажете свойствата на неоткрити химични елементи. Учените успяват да натрупат достатъчно айнщайний, за да приготвят мишена от него (количеството айнщайний се измерва в милиард атома); Чрез облъчването му с a-частици беше възможно да се изчисли синтезът на ядрата на елемент 101 (Фигура 20):

Ориз. 20. Схема за синтез на елемент No 101 - менделеевиум.

Времето на полуразпад на получения изотоп се оказа много по-дълго от очакваното от теоретиците. И въпреки че в резултат на синтеза бяха получени само няколко атома на менделеевия, се оказа възможно да се изследват техните химични свойства, като се използват същите методи, които бяха използвани за предишни трансурании.

Достойна оценка на периодичния закон е дадена от Уилям Размай, който твърди, че периодичният закон е истински компас за изследователите.

Изминаха доста години след смъртта му и системата на Менделеев се превърна в най-важната връзка в познанията ни за света, в който живеем, за еволюцията на материята във Вселената, тъй като Менделеев в своите научни открития и особено в откриването на периодичният закон, всъщност прилага диалектическия метод за познание на природните явления, във връзка с което той е високо оценен от Фридрих Енгелс, който, оценявайки периодичния закон, отбелязва, че ученият, макар и несъзнателно прилагал закона на Хегел за прехода на количеството в качество, все пак постигна научен подвиг.“

Невъзможно е да се изучава химия освен въз основа на този вездесъщ закон. Колко нелепо би изглеждал един учебник по химия без периодичната система! Трябва да разберете как различните елементи са свързани помежду си и защо са толкова свързани. Само тогава периодичната таблица ще се окаже богато хранилище на информация за свойствата на елементите и техните съединения, хранилище, с което малко може да се сравни.

Един опитен химик, само като погледне мястото, което заема всеки елемент в една система, може да каже много за него: дали елементът е метал или неметал; независимо дали образува съединения с водород - хидриди; какви оксиди са характерни за този елемент; какви валентности може да проявява при влизане в химични съединения; кои съединения на този елемент ще бъдат стабилни и кои, напротив, ще бъдат крехки; От какви съединения и по какъв начин е най-удобно и изгодно да се получи този елемент в свободна форма. И ако един химик е в състояние да извлече цялата тази информация от периодичната таблица, това означава, че той я е усвоил добре.

Периодичната таблица е основата за получаване на нови материали и вещества с нови, необичайни, предварително определени свойства, вещества, които не са известни на природата. Сега те се създават в големи количества. Той също така се превърна във водеща нишка за синтеза на полупроводникови материали. Използвайки много примери, учените са открили, че съединенията на елементи, които заемат определени места в периодичната таблица (главно в нейните групи III – V), имат или трябва да имат най-добри полупроводникови свойства.

Невъзможно е да се постави задачата за получаване на нови сплави, като се игнорира периодичната таблица. В крайна сметка структурата и свойствата на сплавите се определят от позицията на металите в таблицата. В момента са известни хиляди различни сплави.

Може би във всеки клон на съвременната химия може да се забележи отражение на периодичния закон. Но не само химиците прекланят глави пред неговото величие. В трудната и завладяваща задача за синтезиране на нови елементи е невъзможно без периодичния закон. В звездите протича гигантски естествен процес на синтез на химични елементи. Учените наричат ​​този процес нуклеосинтеза.

Засега учените нямат представа по какви точно начини, в резултат на какви последователни ядрени реакции са се образували познатите ни химични елементи. Има много хипотези за нуклеосинтезата, но все още няма пълна теория. Но можем да кажем с увереност, че дори и най-плахите предположения за пътищата на произход на елементите биха били невъзможни, без да се вземе предвид последователното подреждане на елементите в периодичната таблица. Законите на ядрената периодичност, структурата и свойствата на атомните ядра са в основата на различни реакции на нуклеосинтеза.

Ще отнеме много време, за да изброим онези области на човешкото познание и практика, където Великият закон и системата от елементи играят важна роля. И, честно казано, ние дори не си представяме пълния мащаб на учението на Менделеев за периодичността. Много пъти той ще покаже своите неочаквани аспекти на учените.

Менделеев несъмнено е един от най-великите химици в света. Въпреки че са изминали повече от сто години от неговия закон, никой не знае кога цялото съдържание на известната периодична таблица ще бъде напълно разбрано.

Ориз. 21. Снимка на Дмитрий Иванович Менделеев.

Ориз. 22. Руското химическо дружество под председателството

1. Петрянов И.В., Трифонов Д.Н. “Великият закон”

Москва, "Педагогика", 1984 г

2. Кедров Б. М. „Прогнози на Д. И. Менделеев в атомизма“

Москва, Атомиздат, 1977 г

3. Агафошин Н. П. “Периодичен закон и периодичната система от елементи на Д. И. Менделеев” Москва, “Просвещение”, 1973 г.

4. „Д. И. Менделеев в спомените на съвременниците си" Москва, "Атомиздат", 1973 г.

5. Волков В. А. биографичен справочник „Изключителни химици на света“ Москва, „Висше училище“, 1991 г.

6. Боголюбова Л. Н. „Биографии на велики химици” Москва, „Просвещение”, 1997 г.

7. Иванова Л. Ф., Егорова Е. Н. Настолна енциклопедия „Всичко за всичко” Москва, „Мнемозина”, 2001 г.

8. Детска енциклопедия Summ L.B. „Аз изследвам света. Химия" Москва, "Олимп", 1998 г

Откриването на таблицата на периодичните химични елементи беше един от важните етапи в историята на развитието на химията като наука. Откривателят на таблицата е руският учен Дмитрий Менделеев. Един необикновен учен с широк научен възглед успя да обедини всички идеи за природата на химичните елементи в една последователна концепция.

M24.RU ще ви разкаже за историята на откриването на таблицата на периодичните елементи, интересни факти, свързани с откриването на нови елементи и народни приказки, които заобикалят Менделеев и създадената от него таблица на химичните елементи.

История на отваряне на маса

До средата на 19 век са открити 63 химични елемента и учените по света многократно са правили опити да комбинират всички съществуващи елементи в една концепция. Беше предложено елементите да се поставят в реда на увеличаване на атомната маса и да се разделят на групи според сходни химични свойства.

През 1863 г. химикът и музикант Джон Александър Нюланд предлага своята теория, който предлага схема на химични елементи, подобна на откритата от Менделеев, но работата на учения не е приета на сериозно от научната общност поради факта, че авторът е увлечен чрез търсенето на хармония и връзката на музиката с химията.

През 1869 г. Менделеев публикува своята диаграма на периодичната система в Journal of the Russian Chemical Society и изпраща известие за откритието до водещите учени в света. Впоследствие химикът многократно усъвършенства и подобрява схемата, докато придобие обичайния си вид.

Същността на откритието на Менделеев е, че с увеличаване на атомната маса химичните свойства на елементите се променят не монотонно, а периодично. След определен брой елементи с различни свойства, свойствата започват да се повтарят. Така калият е подобен на натрия, флуорът е подобен на хлора, а златото е подобно на среброто и медта.

През 1871 г. Менделеев най-накрая комбинира идеите в периодичния закон. Учените предсказаха откриването на няколко нови химически елемента и описаха техните химични свойства. Впоследствие изчисленията на химика бяха напълно потвърдени - галий, скандий и германий напълно съответстваха на свойствата, които им приписва Менделеев.

Приказки за менделеев

Имаше много приказки за известния учен и неговите открития. Хората по онова време имаха малко разбиране от химия и вярваха, че изучаването на химия е нещо като ядене на супа от бебета и кражба в индустриален мащаб. Следователно дейността на Менделеев бързо придоби маса слухове и легенди.

Една от легендите гласи, че Менделеев е открил таблицата на химичните елементи насън. Това не е единственият случай, за откритието си говори и Август Кекуле, който сънувал формулата на бензеновия пръстен. Менделеев обаче само се изсмя на критиците. „Мислех за това от може би двадесет години, а вие казвате: Седях там и изведнъж... готово!“, каза веднъж ученият за своето откритие.

Друга история приписва на Менделеев откриването на водката. През 1865 г. великият учен защитава дисертацията си на тема „Беседа за комбинацията на алкохол с вода“ и това веднага поражда нова легенда. Съвременниците на химика се засмяха, казвайки, че ученият „твори доста добре под въздействието на алкохол, комбиниран с вода“, а следващите поколения вече наричаха Менделеев откривателят на водката.

Те също се смееха на начина на живот на учения и особено на факта, че Менделеев оборудва лабораторията си в хралупата на огромен дъб.

Съвременниците също се подиграваха на страстта на Менделеев към куфарите. Ученият, по време на неволното си бездействие в Симферопол, беше принуден да прекарва времето си, като тъчеше куфари. По-късно самостоятелно изработва картонени съдове за нуждите на лабораторията. Въпреки явно „аматьорския“ характер на това хоби, Менделеев често е наричан „майстор на куфарите“.

Откриване на радий

Една от най-трагичните и в същото време известни страници в историята на химията и появата на нови елементи в периодичната таблица е свързана с откриването на радия. Новият химичен елемент е открит от съпрузите Мария и Пиер Кюри, които откриват, че отпадъците, останали след отделянето на уран от уранова руда, са по-радиоактивни от чистия уран.

Тъй като по това време никой не знаеше какво е радиоактивност, слуховете бързо приписаха на новия елемент лечебни свойства и способността да лекува почти всички болести, известни на науката. Радият беше включен в хранителни продукти, паста за зъби и кремове за лице. Богатите носели часовници, чиито циферблати били боядисани с боя, съдържаща радий. Радиоактивният елемент се препоръчва като средство за подобряване на потентността и облекчаване на стреса.

Подобно „производство“ продължи двадесет години - до 30-те години на ХХ век, когато учените откриха истинските свойства на радиоактивността и разбраха колко разрушително е въздействието на радиацията върху човешкото тяло.

Мария Кюри умира през 1934 г. от лъчева болест, причинена от дългосрочно излагане на радий.

Небулиум и Корониум

Периодичната таблица не само подрежда химичните елементи в една хармонична система, но също така дава възможност да се предвидят много открития на нови елементи. В същото време някои химически „елементи“ бяха признати за несъществуващи на базата на това, че не се вписват в концепцията на периодичния закон. Най-известната история е „откриването“ на новите елементи небулиум и корониум.

Докато изучаваха слънчевата атмосфера, астрономите откриха спектрални линии, които не бяха в състояние да идентифицират с нито един от химическите елементи, известни на земята. Учените предполагат, че тези линии принадлежат към нов елемент, наречен корониум (защото линиите са открити по време на изследването на „короната“ на Слънцето - външния слой на атмосферата на звездата).

Няколко години по-късно астрономите направиха друго откритие, докато изучаваха спектрите на газовите мъглявини. Откритите линии, които отново не могат да бъдат идентифицирани с нищо земно, са приписани на друг химичен елемент - небулиум.

Откритията бяха критикувани, защото в периодичната таблица на Менделеев вече нямаше място за елементи със свойствата на небулиум и корониум. След проверка беше открито, че небулиумът е обикновен земен кислород, а корониумът е силно йонизирано желязо.

Материалът е създаден въз основа на информация от открити източници. Подготви Василий Макагонов @vmakagonov

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.