Historia odkrycia prawa okresowości i układu okresowego pierwiastków chemicznych. Odkrycie okresowego prawa pierwiastków chemicznych D.I.

2.2. Historia powstania układu okresowego.

Zimą 1867-68 Mendelejew zaczął pisać podręcznik „Podstawy chemii” i od razu napotkał trudności w usystematyzowaniu materiału faktycznego. Do połowy lutego 1869 r., zastanawiając się nad strukturą podręcznika, doszedł stopniowo do wniosku, że właściwości substancji prostych (a taka jest forma istnienia pierwiastków chemicznych w stanie wolnym) oraz masy atomowe pierwiastków są połączone pewnym wzorem.

Mendelejew niewiele wiedział o podejmowanych przez swoich poprzedników próbach ułożenia pierwiastków chemicznych w kolejności rosnących mas atomowych io zdarzeniach, które miały miejsce w tym przypadku. Na przykład nie miał prawie żadnych informacji na temat prac Chancourtois, Newlands i Meyera.

Decydujący etap jego myśli nastąpił 1 marca 1869 roku (14 lutego, stary styl). Dzień wcześniej Mendelejew napisał prośbę o dziesięciodniowy urlop na inspekcję fabryk sera artel w prowincji Twer: otrzymał list z zaleceniami dotyczącymi badania produkcji sera od A. I. Chodniewa, jednego z przywódców Wolnego Towarzystwa Ekonomicznego.

W Petersburgu tego dnia było pochmurno i mroźno. Drzewa skrzypiały na wietrze w uniwersyteckim ogrodzie, skąd wychodziły okna mieszkania Mendelejewa. Jeszcze w łóżku Dmitrij Iwanowicz wypił kubek ciepłego mleka, po czym wstał, umył się i poszedł na śniadanie. Jego nastrój był wspaniały.

Podczas śniadania Mendelejew wpadł na nieoczekiwany pomysł: porównać bliskie masy atomowe różnych pierwiastków chemicznych i ich właściwości chemiczne. Nie zastanawiając się dwa razy, na odwrocie listu Chodniewa zapisał symbole chloru Cl i potasu K o dość podobnych masach atomowych, odpowiednio równych 35,5 i 39 (różnica to tylko 3,5 jednostki). W tym samym liście Mendelejew naszkicował symbole innych pierwiastków, szukając wśród nich podobnych „paradoksalnych” par: fluor F i sód Na, brom Br i rubid Rb, jod I i cez Cs, dla których różnica masy wzrasta od 4,0 do 5,0 a następnie do 6,0. Mendelejew nie mógł wtedy wiedzieć, że „nieokreślona strefa” między oczywistymi niemetalami a metalami zawiera pierwiastki – gazy szlachetne, których odkrycie w przyszłości znacząco zmodyfikuje układ okresowy pierwiastków.

Po śniadaniu Mendelejew zamknął się w swoim gabinecie. Wyjął z biurka paczkę wizytówek i zaczął pisać na odwrocie symbole pierwiastków i ich główne właściwości chemiczne. Po chwili domownicy usłyszeli, jak z biura zaczęło dochodzić: „Uuu! Rogaty. Wow, jaki rogaty! Pokonam ich. Zabiję ich!” Te okrzyki oznaczały, że Dmitrij Iwanowicz miał twórczą inspirację. Mendelejew przesuwał karty z jednego poziomego rzędu do drugiego, kierując się wartościami masy atomowej i właściwościami prostych substancji utworzonych przez atomy tego samego pierwiastka. Po raz kolejny z pomocą przyszła mu dogłębna znajomość chemii nieorganicznej. Stopniowo zaczął kształtować się wygląd przyszłego układu okresowego pierwiastków chemicznych. Tak więc najpierw położył kartę z pierwiastkiem berylu Be (masa atomowa 14) obok karty pierwiastka aluminium Al (masa atomowa 27,4), zgodnie z ówczesną tradycją, biorąc beryl za analog aluminium. Jednak potem, porównując właściwości chemiczne, umieścił beryl nad magnezem Mg. Wątpiąc w powszechnie akceptowaną wówczas wartość masy atomowej berylu, zmienił ją na 9,4 i zmienił wzór tlenku berylu z Be 2 O 3 na BeO (jak tlenek magnezu MgO). Nawiasem mówiąc, „skorygowana” wartość masy atomowej berylu została potwierdzona dopiero dziesięć lat później. Równie odważnie zachowywał się przy innych okazjach.

Stopniowo Dmitrij Iwanowicz doszedł do ostatecznego wniosku, że pierwiastki ułożone w porządku rosnącym ich mas atomowych wykazują wyraźną okresowość właściwości fizycznych i chemicznych. Przez cały dzień Mendelejew pracował nad układem elementów, robiąc krótkie przerwy na zabawę z córką Olgą, obiad i kolację.

Wieczorem 1 marca 1869 r. przepisał sporządzoną przez siebie tabelę i pod tytułem „Eksperyment układu pierwiastków oparty na ich masie atomowej i podobieństwie chemicznym” wysłał ją do drukarni, robiąc notatki dla zecerów i umieszczenie daty „17 lutego 1869” (jest to według starego stylu).

W ten sposób odkryto prawo okresowości, którego współczesne sformułowanie brzmi następująco: Właściwości substancji prostych, a także formy i właściwości związków pierwiastków są w okresowej zależności od ładunku jąder ich atomów.

Mendelejew wysłał drukowane arkusze z tabelą pierwiastków do wielu chemików krajowych i zagranicznych, a dopiero potem opuścił Petersburg, aby skontrolować fabryki sera.

Jeszcze przed wyjazdem udało mu się przekazać N. A. Menshutkinowi, chemikowi organicznemu i przyszłemu historykowi chemii, rękopis artykułu „Związek właściwości z masą atomową pierwiastków” - do publikacji w Journal of the Russian Chemical Society oraz za komunikację na zbliżającym się zebraniu towarzystwa.

18 marca 1869 r. Mienszutkin, który był wówczas urzędnikiem towarzystwa, sporządził w imieniu Mendelejewa mały raport o prawie okresowym. Raport początkowo nie wzbudził dużego zainteresowania chemików, a prezes Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego, akademik Nikołaj Zinin (1812-1880) stwierdził, że Mendelejew nie robi tego, co powinien robić prawdziwy badacz. To prawda, że ​​​​dwa lata później, po przeczytaniu artykułu Dmitrija Iwanowicza „Naturalny system pierwiastków i jego zastosowanie do wskazywania właściwości niektórych pierwiastków”, Zinin zmienił zdanie i napisał do Mendelejewa: „Bardzo, bardzo dobre, bardzo doskonałe przybliżenia, nawet zabawne do przeczytania, Bóg zapłać powodzenia w eksperymentalnym potwierdzeniu twoich wniosków.Z poważaniem i głębokim szacunkiem N. Zinin. Mendelejew nie umieścił wszystkich pierwiastków w rosnącej kolejności mas atomowych; w niektórych przypadkach kierował się bardziej podobieństwem właściwości chemicznych. Tak więc kobalt Co ma masę atomową większą niż nikiel Ni, tellur Te ma również większą masę atomową niż jod I, ale Mendelejew umieścił je w kolejności Co - Ni, Te - I, a nie odwrotnie. W przeciwnym razie tellur znalazłby się w grupie halogenów, a jod stałby się krewnym selenu Se.

Do żony i dzieci. A może wiedział, że umiera, ale nie chciał z góry niepokoić i podniecać rodziny, którą kochał namiętnie i czule. O 5:20 rano 20 stycznia 1907 zmarł Dmitrij Iwanowicz Mendelejew. Został pochowany na cmentarzu Wołkowskim w Petersburgu, niedaleko grobów swojej matki i syna Włodzimierza. W 1911 roku Muzeum D.I. Mendelejew, gdzie...

Stacja metra w Moskwie, statek badawczy do badań oceanograficznych, 101. pierwiastek chemiczny i minerał - mendelejew. Rosyjskojęzyczni naukowcy-żartuchy czasami pytają: „Czy Dmitrij Iwanowicz Mendelejew nie jest Żydem, boleśnie dziwne nazwisko, czy nie pochodzi od nazwiska„ Mendel ”?” Odpowiedź na to pytanie jest niezwykle prosta: „Wszyscy czterej synowie Pawła Maksimowicza Sokołowa…

Egzamin licealny, gdzie stary Derzhavin pobłogosławił młodego Puszkina. W rolę miernika wcielił się akademik Yu.F. Fritsshe, znany specjalista w dziedzinie chemii organicznej. Praca doktorska D.I. Mendelejew ukończył Główny Instytut Pedagogiczny w 1855 r. Praca doktorska „Izomorfizm w związku z innymi związkami formy krystalicznej z kompozycją” stała się jego pierwszym poważnym naukowym ...

Głównie na problematyce kapilarności i napięcia powierzchniowego cieczy, a wolny czas spędzał w gronie młodych rosyjskich naukowców: S.P. Botkin, I.M. Sieczenow, I.A. Wyszniegradski, A.P. Borodina i inni W 1861 r. Mendelejew wrócił do Petersburga, gdzie wznowił wykłady z chemii organicznej na uniwersytecie i opublikował niezwykły jak na tamte czasy podręcznik „Chemia organiczna” w ...

W książce wybitnego radzieckiego historyka chemii N.F. Figurovsky'ego „Esej o ogólnej historii chemii. Rozwój chemii klasycznej w XIX wieku” (M., Nauka, 1979). podane są główne okresy odkrycia 63 pierwiastków chemicznych od czasów starożytnych do 1869 r. - roku ustanowienia przez Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa (1834-1907) prawa okresowego:

1. Najstarszy okres (od V tysiąclecia pne do 1200 rne).

Ten długi okres obejmuje znajomość osoby z 7 metalami starożytności - złotem, srebrem, miedzią, ołowiem, cyną, żelazem i rtęcią. Oprócz tych elementarnych substancji w starożytności znana była siarka i węgiel, występujące w przyrodzie w stanie wolnym.

2. Okres alchemiczny.

W tym okresie (od 1200 do 1600) ustalono istnienie kilku pierwiastków, wyizolowanych albo w procesie alchemicznych poszukiwań sposobów transmutacji metali, albo w procesach produkcji metali i przetwarzania różnych rud przez rzemieślników-metalurgów. Należą do nich arsen, antymon, bizmut, cynk, fosfor.

3. Okres powstania i rozwoju chemii technicznej (koniec XVII wieku - 1751).

W tym czasie, w wyniku praktycznych badań właściwości różnych rud metali i przezwyciężenia trudności, jakie pojawiły się przy wyodrębnianiu metali, a także odkryć w trakcie ekspedycji mineralogicznych, dowiedziono istnienia platyny, kobaltu i niklu został założony.

4. Pierwsza faza okresu chemiczno-analitycznego w rozwoju chemii (1760-1805). W tym okresie za pomocą analiz jakościowych i wagowo-ilościowych odkryto szereg pierwiastków, niektóre tylko w postaci „ziem”: magnez, wapń (ustalenie różnicy między wapnem a magnezją), mangan, bar ( baryt), molibden, wolfram, tellur, uran (tlenek), cyrkon (ziemia), stront (ziemia), tytan (tlenek), chrom, beryl (tlenek), itr (ziemia), tantal (ziemia), cer (ziemia) , fluor (kwas fluorowodorowy), pallad, rod, osm i iryd.

5. Etap chemii pneumatycznej. W tym czasie (1760-1780) odkryto pierwiastki gazowe - wodór, azot, tlen i chlor (ten ostatni był uważany za substancję złożoną - utleniony kwas solny do 1809 r.).

6. Etap otrzymywania pierwiastków w stanie wolnym przez elektrolizę (G. Davy, 1807-1808) oraz chemicznie: potas, sód, wapń, stront, bar i magnez. Wszystkie one jednak wcześniej były znane w postaci „łatwopalnych” (żrących) zasad i ziem alkalicznych, czyli zasad miękkich.

7. Drugi etap okresu chemiczno-analitycznego w rozwoju chemii (1805-1850). W tym czasie, w wyniku doskonalenia metod analizy ilościowej i opracowania systematycznego toku analizy jakościowej, bor, lit, kadm, selen, krzem, brom, glin, jod, tor, wanad, lantan (ziemia), erb ( ziemia), odkryto terb (ziemia). ), ruten, niob.

8. Okres odkrywania pierwiastków metodą analizy spektralnej, bezpośrednio po opracowaniu i wprowadzeniu tej metody do praktyki (1860-1863): cezu, rubidu, talu i indu.

Jak wiecie, pierwsza w historii chemii „Tabela ciał prostych” została opracowana przez A. Lavoisiera w 1787 r. Wszystkie substancje proste zostały podzielone na cztery grupy: „I. Substancje proste przedstawione we wszystkich trzech królestwach przyrody, które mogą być uważane za pierwiastki ciał: 1) lekkie, 2) kaloryczne, 3) tlen, 4) azot, 5) wodór II. Proste substancje niemetaliczne utleniające i dające kwasy: 1) antymon, 2) fosfor, 3) węgiel , 4) rodnik kwasu solnego, 5 ) rodnik kwasu fluorowodorowego, 6) rodnik kwasu borowego III. Proste metale, które utleniając się dają kwasy: 1) antymon, 2) srebro, 3) arsen, 4) bizmut, 5) kobalt, 6) miedź, 7) cyna, 8) żelazo, 9) mangan, 10) rtęć, 11) molibden, 12) nikiel, 13) złoto, 14) platyna, 15) ołów, 16) wolfram, 17) cynk IV.) wapno (ziemia wapienna), 2) magnezja (na bazie siarczanu magnezu), 3) baryt (ziemia ciężka), 4) tlenek glinu (glina, ziemia ałunowa), 5) krzemionka (ziemia krzemionkowa)”.

Ta tabela stanowiła podstawę nomenklatury chemicznej opracowanej przez Lavoisiera. D. Dalton wprowadził do nauki najważniejszą cechę ilościową atomów pierwiastków chemicznych - względną masę atomów lub masę atomową.

Poszukując prawidłowości we właściwościach atomów pierwiastków chemicznych, naukowcy zwracali przede wszystkim uwagę na charakter zmiany mas atomowych. W latach 1815-1816. angielski chemik W. Prout (1785-1850) opublikował dwa anonimowe artykuły w Annals of Philosophy, w których wyrażono i potwierdzono ideę, że masy atomowe wszystkich pierwiastków chemicznych są liczbami całkowitymi (tj. wielokrotnościami masy atomowej wodoru, co wówczas przyjęto jako równe jednostce): „Jeśli poglądy, które zdecydowaliśmy się wyrazić, są słuszne, to możemy niemal uznać, że pierwotna materia starożytnych jest ucieleśniona w wodorze…”. Hipoteza Prouta była bardzo kusząca i doprowadziła do rozpoczęcia wielu badań eksperymentalnych w celu jak najdokładniejszego określenia mas atomowych pierwiastków chemicznych.

W 1829 r. niemiecki chemik I. Debereiner (1780-1849) porównał masy atomowe podobnych pierwiastków chemicznych: litu, wapnia, chloru, siarki, manganu, sodu, strontu, bromu, selenu, chromu, potasu, baru, jodu, telluru , Żelazo i stwierdził, że masa atomowa pierwiastka środkowego jest równa połowie sumy mas atomowych pierwiastków skrajnych. Poszukiwania nowych triad doprowadziły L. Gmelina (1788-1853), autora znanego na całym świecie podręcznika chemii, do ustanowienia wielu grup podobnych pierwiastków i stworzenia ich swoistej klasyfikacji.

w latach 60. W XIX wieku naukowcy przerzucili się na porównywanie samych grup chemicznie podobnych pierwiastków. W ten sposób A. Shancourtois (1820-1886), profesor Paryskiej Szkoły Górniczej, ułożył wszystkie pierwiastki chemiczne na powierzchni cylindra w rosnącej kolejności ich mas atomowych, tak że powstała „helisa”. Przy takim układzie podobne elementy często padały na tę samą pionową linię. W 1865 roku angielski chemik D. Newlands (1838-1898) opublikował tabelę zawierającą 62 pierwiastki chemiczne. Pierwiastki zostały ułożone i ponumerowane w rosnącej kolejności mas atomowych.

Newlands użył numeracji, aby podkreślić, że co siedem pierwiastków powtarzają się właściwości pierwiastków chemicznych. Omawiając w 1866 roku w Londyńskim Towarzystwie Chemicznym nowy artykuł Newlandsa (nie zalecano go do publikacji), profesor J. Foster zapytał sarkastycznie: „Czy próbowałeś ułożyć pierwiastki w porządku alfabetycznym ich nazw i czy zauważyłeś jakieś nowe wzory?

W 1868 r. angielski chemik W. Olding (1829-1921) zaproponował tablicę, która zdaniem autora wykazała regularny związek między wszystkimi pierwiastkami.

W 1864 r. niemiecki profesor L. Mayer (1830-1895) sporządził tabelę 44 pierwiastków chemicznych (spośród 63 znanych).

Oceniając ten okres, DI Mendelejew napisał: „Nie ma ani jednego ogólnego prawa natury, które opierałoby się natychmiast, jego zatwierdzenie jest zawsze poprzedzone wieloma przeczuciami, a uznanie prawa nie następuje, gdy jest w pełni zrealizowane w całym jego znaczeniu , jednak dopiero po potwierdzeniu eksperymentalnym jego następstw, które przyrodnicy muszą uznać za najwyższy autorytet swoich rozważań i opinii.

W 1868 r. D.I. Mendelejew rozpoczął pracę nad kursem „Podstawy chemii”. Dla najbardziej logicznego ułożenia materiału konieczne było jakoś sklasyfikowanie 63 pierwiastków chemicznych. Pierwsza wersja układu okresowego pierwiastków chemicznych została zaproponowana przez DI Mendelejewa w marcu 1869 roku.

Dwa tygodnie później na spotkaniu Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego odczytano raport Mendelejewa „Związek właściwości z masą atomową pierwiastków”, w którym omówiono możliwe zasady klasyfikacji pierwiastków chemicznych:

1) zgodnie z ich stosunkiem do wodoru (wzory wodorków); 2) zgodnie z ich stosunkiem do tlenu (wzory wyższych tlenków tlenu); 3) według wartościowości; 4) pod względem masy atomowej.

Ponadto w następnych latach (1869-1871) Mendelejew badał i ponownie sprawdzał te prawidłowości i „niespójności”, które zostały zauważone w pierwszej wersji „Systemu elementów”. Podsumowując tę ​​pracę, D.I. Mendelejew napisał: „Wraz ze wzrostem masy atomowej pierwiastki mają najpierw coraz bardziej zmienne właściwości, a następnie te właściwości powtarzają się ponownie w nowym porządku, w nowej linii i w wielu pierwiastkach i w W związku z tym prawo okresowości można sformułować w następujący sposób: „Właściwości pierwiastków, a zatem właściwości prostych i złożonych ciał, które tworzą, są w okresowej zależności (tj. powtarzają się poprawnie) od ich atomów wagi.” Natura wyjątków nie może być tolerowana… Stwierdzenie prawa jest możliwe tylko poprzez wyprowadzenie z niego konsekwencji, które bez niego są niemożliwe i nieoczekiwane, oraz poprzez uzasadnienie tych konsekwencji i eksperymentalną weryfikację. Są takie logiczne konsekwencje, że może pokazać, czy to prawda, czy nie. Należą do nich przewidywanie właściwości nieodkrytych pierwiastków i korekta mas atomowych wielu, nielicznych wówczas badanych pierwiastków... Jedno trzeba zrobić - albo rozważyć prawo okresowości bądź wierny do końca i stanowiący nowy instrument wiedzy chemicznej, albo odrzuć go”.

W latach 1872-1874. Mendelejew zaczął zajmować się innymi problemami, aw literaturze chemicznej prawie nie było wzmianki o prawie okresowości.

W 1875 roku francuski chemik L. de Boisbaudran poinformował, że badając blendę cynku, spektroskopowo odkrył w niej nowy pierwiastek. Otrzymał sole tego pierwiastka i określił jego właściwości. Na cześć Francji nazwał nowy pierwiastek galem (tak nazywali Francję starożytni Rzymianie). Porównajmy, co przewidział D.I. Mendelejew, a co odkrył L. de Boisbaudran:

W pierwszym raporcie L. de Boisbaudran stwierdzono, że ciężar właściwy galu wynosi 4,7. DIMendeleev zwrócił mu uwagę na swój błąd. Dokładniejszy pomiar wykazał, że ciężar właściwy galu wynosił 5,96.

W 1879 roku szwedzki chemik L. Nilsson (1840-1899) poinformował o odkryciu nowego pierwiastka chemicznego - skandu. L. Nilson sklasyfikował skand jako pierwiastek ziem rzadkich. PTKleve zwrócił uwagę L. Nilsonowi, że sole skandu są bezbarwne, jego tlenek jest nierozpuszczalny w alkaliach, a skand to ekabor przewidziany przez DIMendeleeva. Porównajmy ich właściwości.

Analizując nowy minerał w lutym 1886 r., niemiecki profesor K. Winkler (1838-1904) odkrył nowy pierwiastek i uznał go za odpowiednik antymonu i arsenu. Odbyła się dyskusja. K. Winkler zgodził się, że odkryty przez niego pierwiastek był ecasilikonem przewidzianym przez DI Mendelejewa. K. Winkler nazwał ten pierwiastek germanem.

Tak więc chemicy trzykrotnie potwierdzili istnienie pierwiastków chemicznych przewidzianych przez Mendelejewa. Co więcej, to właśnie przewidywane przez Mendelejewa właściwości tych pierwiastków i ich położenie w układzie okresowym umożliwiły skorygowanie błędów nieświadomie popełnionych przez eksperymentatorów. Dalszy rozwój chemii odbywał się na solidnych podstawach prawa okresowego, które w latach 80. XIX wieku. zostało uznane przez wszystkich naukowców za jedno z najważniejszych praw natury. Tak więc najważniejszą cechą każdego pierwiastka chemicznego jest jego miejsce w układzie okresowym D.I. Mendelejewa.

Rodzina Mendelejewów mieszkała w domu na stromym, wysokim brzegu rzeki Tobol w mieście Tobolsk i tutaj urodził się przyszły naukowiec. W tym czasie wielu dekabrystów służyło na wygnaniu w Tobolsku: Annenkov, Baryatinsky, Wolf, Kuchelbecker, Fonwiesen i inni… Swoją odwagą i ciężką pracą zarażali innych. Nie złamały ich więzienia, katorga ani wygnanie. Mitia Mendelejew widział takich ludzi. W komunikacji z nimi kształtowała się jego miłość do Ojczyzny, odpowiedzialność za jej przyszłość. Rodzina Mendelejewów była w przyjaznych i rodzinnych stosunkach z dekabrystami. D. I. Mendelejew napisał: „... mieszkali tu szanowani i szanowani dekabryści: Fonvizen, Annenkov, Muravyov, blisko naszej rodziny, zwłaszcza po tym, jak jeden z dekabrystów, Nikołaj Wasiljewicz Basargin, poślubił moją siostrę Olgę Iwanownę ... Rodziny dekabrystów , w tych dni dali życiu Tobolska szczególny ślad, obdarzyli go świecką edukacją. Legenda o nich wciąż żyje w Tobolsku.

W wieku 15 lat Dmitrij Iwanowicz ukończył gimnazjum. Jego matka Maria Dmitrievna dołożyła wielu starań, aby młody człowiek kontynuował naukę.

Ryż. 4. Matka D. I. Mendelejewa - Maria Dmitriewna.

Mendelejew próbował wstąpić do Akademii Medyczno-Chirurgicznej w Petersburgu. Jednak anatomia była poza zasięgiem podatnego na wpływy młodego człowieka, więc Mendelejew musiał zmienić medycynę na pedagogikę. W 1850 wstąpił do Głównego Instytutu Pedagogicznego, gdzie kiedyś studiował jego ojciec. Tylko tutaj Mendelejew poczuł zamiłowanie do nauki i wkrótce stał się jednym z najlepszych.

W wieku 21 lat Mendelejew znakomicie zdał egzaminy wstępne. Studia Dmitrija Mendelejewa w Petersburgu w Instytucie Pedagogicznym nie były początkowo łatwe. Na pierwszym roku udało mu się uzyskać oceny niedostateczne ze wszystkich przedmiotów z wyjątkiem matematyki. Ale w starszych latach sprawy potoczyły się inaczej - średni roczny wynik Mendelejewa wynosił cztery i pół (na pięć możliwych).

Jego praca dotycząca zjawiska izomorfizmu została uznana za rozprawę doktorską. Utalentowany student w 1855 r. został mianowany nauczycielem w Gimnazjum Richelieu w Odessie. Tu przygotował drugą pracę naukową – „Tomy szczególne”. Praca ta została przedstawiona jako praca magisterska. w 1857 r po jej obronie Mendelejew otrzymał tytuł magistra chemii, został adiunktem na Uniwersytecie Petersburskim, gdzie wykładał chemię organiczną. W 1859 został wysłany za granicę.

Mendelejew spędził dwa lata na różnych uniwersytetach we Francji i Niemczech, ale jego praca doktorska w Heidelbergu z czołowymi naukowcami tamtych czasów, Bunsenem i Kirchhoffem, była najbardziej produktywna.

Niewątpliwie charakter środowiska, w którym spędził dzieciństwo, miał ogromny wpływ na życie naukowca. Od młodości do starości robił wszystko i zawsze po swojemu. Zaczynając od małych rzeczy i przechodząc do rzeczy dużych. Siostrzenica Dmitrija Iwanowicza, N. Kapustina-Gubkina, wspominała: „Miał swoje ulubione potrawy, wymyślone przez siebie dla siebie… Zawsze nosił szeroką kurtkę z tkaniny bez paska własnego projektu… Palił skręcone papierosy, sam je skręcając ... ”. Stworzył wzorową posiadłość - i natychmiast ją porzucił. Przeprowadzał niezwykłe eksperymenty nad adhezją cieczy i natychmiast porzucił tę dziedzinę nauki na zawsze. A jakie skandale nakręcił władzom! Jeszcze w młodości, świeżo upieczony absolwent Instytutu Pedagogicznego, krzyczał na dyrektora wydziału, za co został wezwany do samego ministra Abrahama Siergiejewicza Norowatowa. Czym jednak jest dla niego dyrektor departamentu – z synodem nawet się nie liczył. Kiedy nałożył na niego siedmioletnią pokutę z okazji rozwodu z Feozą Nikitishną, która nigdy nie pogodziła się ze specyfiką jego zainteresowań, Dmitrij Iwanowicz na sześć lat przed terminem namówił księdza w Kronsztadzie, aby ponownie się z nim ożenił. . I co warta była historia jego lotu balonem, gdy siłą przejął balon należący do departamentu wojskowego, wypędzając z kosza doświadczonego aeronautę generała Kovanko… Dmitrij Iwanowicz nie cierpiał na skromność, wręcz przeciwnie - „Skromność jest matką wszystkich wad” – przekonywał Mendelejew.

Oryginalność osobowości Dmitrija Iwanowicza zaobserwowano nie tylko w zachowaniu naukowca, ale także w całym jego wyglądzie. Jego siostrzenica N. Ya. Kapustina-Gubkina narysowała następujący ustny portret naukowca: „Grzywa długich puszystych włosów wokół wysokiego białego czoła, bardzo wyrazista i bardzo ruchliwa… Czysto niebieskie, przenikliwe oczy… W nim, wielu znalazło podobieństwa do Garibaldiego… Kiedy mówił, zawsze gestykulował. Szerokie, szybkie, nerwowe ruchy jego rąk zawsze odpowiadały jego nastrojowi… Barwa jego głosu była niska, ale dźwięczna i zrozumiała, ale jego ton bardzo się zmieniał i często przechodził z niskich na wysokie, prawie tenorowe.. Kiedy mówił o tym, co mu się nie podobało, wtedy marszczył brwi, pochylał się, jęczał, piszczał…”. Ulubionym zajęciem Mendelejewa przez wiele lat była produkcja walizek i ram do portretów. Materiały do ​​tych prac kupował w Gostiny Dvor.

Oryginalność Mendelejewa wyróżniała go z tłumu od młodości... Podczas studiów w Instytucie Pedagogicznym niebieskooki Syberyjczyk, który nie miał ani grosza za duszę, niespodziewanie dla panów profesorów zaczął wykazywać takie bystrość umysłu, taka wściekłość w pracy, że zostawił wszystkich swoich towarzyszy daleko w tyle. Wtedy został zauważony i pokochany przez prawdziwego radnego stanu, znaną postać w szkolnictwie publicznym, nauczyciela, naukowca, profesora chemii Aleksandra Abramowicza Woskresenskiego. Dlatego w 1867 r. Aleksander Abramowicz polecił swojemu ulubionemu studentowi, trzydziestotrzyletniemu Dmitrijowi Iwanowiczowi Mendelejewowi, stanowisko profesora chemii ogólnej i nieorganicznej na Wydziale Fizyki i Matematyki Uniwersytetu w Petersburgu. W maju 1868 r. Mendelejewom urodziła się ukochana córka Olga ...

Trzydzieści trzy lata to tradycyjny wiek wyczynu: w wieku trzydziestu trzech lat, zgodnie z eposem o łzach z pieca, Ilya Muromets. Ale chociaż w tym sensie życie Dmitrija Iwanowicza nie było wyjątkiem, on sam z trudem czuł, że w jego życiu następuje ostry zwrot. Zamiast kursów z chemii technicznej, organicznej lub analitycznej, których uczył wcześniej, musiał zacząć czytać nowy kurs, chemię ogólną.

Oczywiście radełkowane łatwiej. Jednak kiedy zaczynał swoje dawne kursy, też nie było łatwo. Świadczenia rosyjskie albo w ogóle nie istniały, albo istniały, ale były przestarzałe. Chemia to nowa, młoda rzecz, aw młodości wszystko szybko się starzeje. Zagraniczne podręczniki, te najnowsze, musiałem tłumaczyć sam. Przetłumaczył - "Chemię analityczną" Gerarda, "Technologię chemiczną" Wagnera. A w chemii organicznej iw Europie nie znaleziono nic godnego, chociaż sam siadasz i piszesz. I napisał. W dwa miesiące zupełnie nowy kurs oparty na nowych zasadach, trzydzieści wydrukowanych arkuszy. Sześćdziesiąt dni codziennej ciężkiej pracy - dwanaście gotowych stron dziennie. To był dzień - nie chciał uzależniać swojej rutyny od takiej drobnostki jak obrót kuli ziemskiej wokół własnej osi, nie wstawał od stołu przez trzydzieści, czterdzieści godzin.

Dmitrij Iwanowicz mógł nie tylko pracować po pijanemu, ale także po pijaku spać. Układ nerwowy Mendelejewa był niezwykle wrażliwy, jego zmysły były wyostrzone - prawie wszyscy pamiętnicy, bez słowa, donoszą, że był niezwykle łatwy, ciągle wybuchał płaczem, chociaż w istocie był życzliwą osobą.

Możliwe, że wrodzone cechy osobowości Dmitrija Iwanowicza zostały wyjaśnione jego późnym pojawieniem się w rodzinie - był „ostatnim dzieckiem”, siedemnastym dzieckiem z rzędu. A zgodnie z obecnymi poglądami prawdopodobieństwo mutacji u potomstwa wzrasta wraz z wiekiem rodziców.

Zaczął swój pierwszy wykład z chemii ogólnej w następujący sposób:

„Wszystko, co zauważamy, wyraźnie odróżniamy jako substancję lub jako zjawisko. Materia zajmuje przestrzeń i ma wagę, podczas gdy zjawiska to rzeczy dziejące się w czasie. Każda substancja wywołuje różnorodne zjawiska i nie ma ani jednego zjawiska, które zachodzi bez substancji. Różnorodność substancji i zjawisk nie może umknąć uwadze każdego. Odkrywanie zasadności, czyli prostoty i regularności w tej różnorodności, oznacza studiowanie natury…”

Aby odkryć zasadność, czyli prostotę i poprawność… Substancja ma wagę… Substancja… Waga… Substancja… Waga…

Myślał o tym cały czas, bez względu na to, co robił. I czego nie zrobił! Dmitrij Iwanowicz miał wystarczająco dużo czasu na wszystko. Wydawałoby się, że w końcu otrzymał najlepszy wydział chemiczny w Rosji, państwowe mieszkanie, możliwość wygodnego życia, bez biegania za dodatkowymi pieniędzmi - więc skup się na najważniejszym, a wszystko inne jest z boku ... Kupiłem majątek 400 akrów ziemi i rok później położyłem doświadczoną podłogę, na której badałem możliwość odwrócenia wyniszczania ziemi za pomocą chemii. Jeden z pierwszych w Rosji.

Półtora roku minęło jak chwila, ale w chemii ogólnej nadal nie było prawdziwego systemu. Nie oznacza to, że Mendelejew czytał swój kurs dość przypadkowo. Zaczął od tego, co jest wszystkim znane - od wody, powietrza, węgla, soli. Z zawartych w nich pierwiastków. Z głównych praw, zgodnie z którymi substancje wchodzą ze sobą w interakcje.

Następnie mówił o chemicznych krewnych chloru - fluorze, bromie, jodzie. Był to ostatni wykład, którego transkrypcję udało mu się jeszcze przesłać do drukarni, gdzie pisano drugie wydanie nowej książki, którą rozpoczął.

Pierwszy numer, w formacie kieszonkowym, ukazał się w styczniu 1869 roku. Strona tytułowa brzmiała: „Podstawy chemii D. Mendelejew” . Brak wstępu. Pierwszy, już wydany numer i drugi, który był w drukarni, miały być według Dmitrija Iwanowicza pierwszą częścią kursu, a dwa kolejne numery - częścią drugą.

W styczniu i pierwszej połowie lutego Mendelejew wygłaszał wykłady o sodzie i innych metalach alkalicznych, napisał odpowiedni rozdział drugiej części. „Podstawy chemii” - i utknął.

W 1826 r. Jens Jakob Berzelius ukończył badania 2000 substancji i na tej podstawie wyznaczył masę atomową 34 pierwiastków chemicznych. Pięć z nich miało nieprawidłową masę atomową - sód, potas, srebro, bor i krzem. Berzelius mylił się, ponieważ przyjął dwa błędne założenia: że w cząsteczce tlenku może znajdować się tylko jeden atom metalu oraz że taka sama objętość gazów zawiera taką samą liczbę atomów. W rzeczywistości cząsteczka tlenku może zawierać dwa lub więcej atomów metalu, a taka sama objętość gazów, zgodnie z prawem Avogadra, zawiera równą liczbę nie atomów, ale cząsteczek.

Aż do roku 1858, kiedy Włoch Stanislao Cannicaro, przywracając prawo swojego rodaka Avogadro, poprawił ciężary atomowe kilku pierwiastków, w sprawie ciężarów atomowych panował zamęt.

Dopiero w 1860 roku na kongresie chemicznym w Karlsruhe, po gorących debatach, zamieszanie zostało wyjaśnione, prawo Avogadra zostało ostatecznie przywrócone w swoich prawach i ostatecznie wyjaśnione zostały niewzruszone podstawy do określania masy atomowej dowolnego pierwiastka chemicznego.

Szczęśliwym zbiegiem okoliczności Mendelejew był w podróży służbowej za granicą w 1860 roku, uczestniczył w tym kongresie i uzyskał jasny i wyraźny pogląd, że masa atomowa stała się teraz dokładnym i niezawodnym wyrażeniem liczbowym. Po powrocie do Rosji Mendelejew zaczął studiować listę pierwiastków i zwrócił uwagę na okresowość zmiany wartościowości pierwiastków ułożonych rosnąco według mas atomowych: wartościowość H – 1, Li – 1, Być – 2, B - 3, C - 4, mg – 2, N – 2, S - 2, F - 1, Na – 1, Glin – 3, Si - 4 itd. Na podstawie wzrostu i spadku wartościowości Mendelejew podzielił pierwiastki na okresy; Pierwszy okres obejmował tylko jeden wodór, następnie dwa okresy po 7 pierwiastków każdy, a następnie okresy zawierające więcej niż 7 pierwiastków. D, I, Mendelejew wykorzystał te dane nie tylko do zbudowania wykresu, tak jak zrobili to Meyer i Chancourtua, ale także do zbudowania tabeli podobnej do tabeli Newlands. Taki układ okresowy pierwiastków jest wyraźniejszy i bardziej wizualny niż wykres, a ponadto D, I, Mendelejew udało się uniknąć błędu Newlandsa, który nalegał na równość okresów.

« Za decydujący moment moich przemyśleń na temat prawa okresowości uważam kongres chemików w Karlsruhe z 1860 r., w którym uczestniczyłem… , - zauważył D.I. Mendelejew.

W 1865 roku kupił majątek Boblovo pod Klinem i miał możliwość zajmowania się chemią rolniczą, którą wówczas lubił, i wypoczynku tam z rodziną każdego lata.

Za „urodziny” systemu D.I. Mendelejewa uważa się zwykle 18 lutego 1869 r., Kiedy opracowano pierwszą wersję tabeli.

Ryż. 5. Zdjęcie D. I. Mendelejewa w roku odkrycia prawa okresowości.

Znano 63 pierwiastki chemiczne. Nie wszystkie właściwości tych pierwiastków zostały wystarczająco dobrze zbadane, nawet masy atomowe niektórych zostały określone nieprawidłowo lub niedokładnie. Dużo czy mało - 63 elementy? Jeśli pamiętamy, że teraz znamy 109 elementów, to oczywiście to nie wystarczy. Wystarczy jednak zauważyć schemat zmian ich właściwości. Przy 30 lub 40 znanych pierwiastkach chemicznych prawie niemożliwe byłoby odkrycie czegokolwiek. Potrzebne było pewne minimum otwartych elementów. Dlatego można scharakteryzować odkrycie Mendelejewa jako aktualne.

Przed Mendelejewem naukowcy próbowali także podporządkować wszystkie znane pierwiastki pewnemu porządkowi, sklasyfikować je, sprowadzić do systemu. Nie można powiedzieć, że ich próby były bezużyteczne: zawierały ziarno prawdy. Wszyscy ograniczyli się do łączenia pierwiastków o podobnych właściwościach chemicznych w grupy, ale nie znaleźli wewnętrznego związku między tymi „naturalnymi”, jak wówczas mówili, swoimi grupami.

W 1849 r. klasyfikacją pierwiastków zainteresował się wybitny rosyjski chemik G. I. Hess. W podręczniku Foundations of Pure Chemistry opisał cztery grupy pierwiastków niemetalicznych o podobnych właściwościach chemicznych:

I Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Hess napisał: „Ta klasyfikacja wciąż jest bardzo daleka od naturalności, ale nadal łączy elementy i grupy, które są bardzo podobne, a wraz z rozwojem naszych informacji można ją ulepszyć”.

Nieudane próby zbudowania systemu pierwiastków chemicznych na podstawie ich mas atomowych podjęli jeszcze przed kongresem w Karlsruhe obaj Brytyjczycy: w 1853 Gladstone, w 1857 Odling.

Jedną z prób klasyfikacji podjął w 1862 roku Francuz Alexander Emile Beguis de Chancourtois . Przedstawił układ elementów w postaci spiralnej linii na powierzchni cylindra. Każda tura ma 16 elementów. Podobne elementy znajdowały się jeden pod drugim na tworzącej walca. Publikując swoją wiadomość, naukowiec nie dołączył do niej zbudowanego przez siebie wykresu, a żaden z naukowców nie zwrócił uwagi na pracę de Chancourtois.

Ryż. 6. „Śruba telluryczna” Chancourtua.

Większy sukces odniósł niemiecki chemik Julius Lothar Meyer. W 1864 roku zaproponował tabelę, w której wszystkie znane pierwiastki chemiczne zostały podzielone na sześć grup, zgodnie z ich wartościowością. Z wyglądu stół Meyera przypominał nieco przyszły stół Mendelejewa. Uważał, że objętości zajmowane przez wielkości wagowe pierwiastka są liczbowo równe ich masom atomowym. Okazało się, że każda taka masa dowolnego pierwiastka zawiera taką samą liczbę atomów. Oznaczało to, że stosunek rozpatrywanych objętości różnych atomów tych pierwiastków. Dlatego określona charakterystyka elementu jest wywoływana objętość atomowa.

Graficznie zależność objętości atomowych pierwiastków od ich mas atomowych wyraża się serią fal wznoszących się w ostrych szczytach w punktach odpowiadających metalom alkalicznym (sodowi, potasowi, cezowi). Każde zejście i wejście na szczyt odpowiada okresowi w tablicy pierwiastków. W każdym okresie wartości niektórych cech fizycznych, oprócz objętości atomowej, również naturalnie najpierw maleją, a następnie rosną.

Ryż. 7. Zależność objętości atomowych od mas atomowych pierwiastków wg

L. Meyera.

Wodór, pierwiastek o najmniejszej masie atomowej, znalazł się na pierwszym miejscu listy pierwiastków. W tamtym czasie zwyczajowo zakładano, że 101. okres zawiera jeden element. Drugi i trzeci okres wykresu Meyera zawierał po siedem elementów. Okresy te powielały oktawy Newlands. Jednak w kolejnych dwóch okresach liczba elementów przekroczyła siedem. W ten sposób Meyer pokazał, na czym polega błąd Newlandsa. Prawa oktaw nie można było ściśle przestrzegać dla całej listy elementów, ostatnie okresy musiały być dłuższe niż pierwsze.

Po 1860 roku inny angielski chemik, John Alexander Reina Newlands, podjął pierwszą tego rodzaju próbę. Jeden po drugim zestawiał tabele, w których próbował przełożyć swój pomysł. Ostatnia tablica pochodzi z 1865 roku. Naukowiec uważał, że wszystko na świecie podlega ogólnej harmonii. A w chemii i muzyce powinno być tak samo. Ułożone w porządku rosnącym masy atomowe pierwiastków podzielone są w nim na oktawy - na osiem pionowych rzędów, po siedem pierwiastków w każdym. Rzeczywiście, wiele chemicznie powiązanych pierwiastków znalazło się w tej samej poziomej linii: w pierwszej - halogeny, w drugiej - metale alkaliczne i tak dalej. Ale niestety wielu nieznajomych również dostało się w szeregi, co zepsuło cały obraz. Wśród halogenów znalazł się na przykład kobalt z niklem i trzy platynoidy. W linii ziem alkalicznych - wanad i ołów. Rodzina węgla obejmuje wolfram i rtęć. Aby w jakiś sposób połączyć powiązane ze sobą elementy, Newlands musiał w ośmiu przypadkach naruszyć układ pierwiastków w kolejności mas atomowych. Ponadto, aby utworzyć osiem grup po siedem elementów, potrzeba 56 elementów, a znanych było 62, aw niektórych miejscach umieścił dwa elementy na raz w miejsce jednego elementu. Okazało się, że to kompletny bałagan. Kiedy Newlands zgłosił swój „Prawo oktaw” na spotkaniu Londyńskiego Towarzystwa Chemicznego jeden z obecnych zauważył sarkastycznie: czy czcigodny mówca próbował ułożyć pierwiastki po prostu alfabetycznie i odkryć jakąś prawidłowość?

Wszystkie te klasyfikacje nie zawierały najważniejszego: nie odzwierciedlały ogólnego, podstawowego wzorca zmian właściwości pierwiastków. Stworzyli jedynie pozór porządku w swoim świecie.

Poprzednicy Mendelejewa, którzy dostrzegali szczególne przejawy wielkiej prawidłowości w świecie pierwiastków chemicznych, z różnych powodów nie mogli dojść do wielkiego uogólnienia i uświadomienia sobie istnienia w świecie fundamentalnego prawa. Mendelejew niewiele wiedział o podejmowanych przez swoich poprzedników próbach ułożenia pierwiastków chemicznych w kolejności rosnących mas atomowych io zdarzeniach, które miały miejsce w tym przypadku. Na przykład nie miał prawie żadnych informacji na temat prac Chancourtois, Newlands i Meyera.

W przeciwieństwie do Newlands, Mendelejew uważał za najważniejsze nie tyle masy atomowe, ile właściwości chemiczne, indywidualność chemiczną. Cały czas o tym myślał. Substancja… Waga… Substancja… Waga… Żadne decyzje nie nadeszły.

A potem Dmitrij Iwanowicz wpadł w poważne kłopoty z czasem. I wyszło dość źle: nie, że „teraz albo nigdy”, ale albo dzisiaj, albo sprawa została ponownie przełożona na kilka tygodni.

Dawno temu złożył w Wolnym Towarzystwie Ekonomicznym obietnicę, że w lutym pojedzie na prowincję twerską, obejrzy tamtejsze serowarnie i przedstawi swój pogląd na postawienie tej sprawy w nowoczesny sposób. Na wyjazd zwrócono się już do władz uczelni o zgodę. A „zaświadczenie o urlopie” – ówczesne zaświadczenie o podróży – zostało już poprawione. I ostatni pożegnalny list sekretarza Wolnego Towarzystwa Ekonomicznego Chodniew otrzymał. I nie pozostawało nic innego, jak wyruszyć w wyznaczoną podróż. Pociąg, którym miał jechać do Tweru, odjechał z dworca moskiewskiego 17 lutego wieczorem.

„Rano, będąc jeszcze w łóżku, niezmiennie pił kubek ciepłego mleka… Wstając i myjąc się, od razu szedł do swojego biura i pił jeden lub dwa, czasem trzy duże, w formie kubka, filiżanka mocnej, niezbyt słodkiej herbaty” (ze wspomnień jego siostrzenicy N.Ya. Kapustina-Gubkina).

Ślad po filiżance, zachowany na odwrocie notatki Chodniewa, datowanej na 17 lutego, wskazuje, że otrzymano ją wcześnie rano, przed śniadaniem, prawdopodobnie przywiezioną przez posłańca. A to z kolei wskazuje, że myśl o układzie elementów nie opuszczała Dmitrija Iwanowicza dzień i noc: obok odcisku filiżanki na liściu widoczne są ślady niewidzialnego procesu myślowego, który doprowadził do wielkiego odkrycia naukowego. W historii nauki jest to najrzadszy przypadek, jeśli nie jedyny.

Sądząc po fizycznych dowodach, stało się tak. Skończywszy już swój kubek i odkładając go na pierwsze miejsce, jakie napotkał - na liście Chodniewa, natychmiast chwycił za pióro i na pierwszej napotkanej kartce papieru, na tym samym liście Chodniewa, zapisał myśl, która przemknęła mu przez głowę . Na kartce pojawiły się jeden pod drugim symbole chloru i potasu... Potem sód i bor, potem lit, bar, wodór... Pióro błądziło, myśl też. W końcu wziął normalną ósemkę czystego papieru — ten arkusz też się zachował — i naszkicował na nim, jeden pod drugim, w kolejności malejącej, linie symboli i mas atomowych: powyżej metale ziem alkalicznych, poniżej halogeny, poniżej grupę tlenową. , pod nim azot, pod nim węgiel grupowy itp. Gołym okiem było widać, jak bliskie są różnice mas atomowych pierwiastków sąsiednich szeregów. Mendelejew nie mógł wtedy wiedzieć, że „nieokreślona strefa” między oczywistością niemetale I metale zawiera elementy - Gazy szlachetne, którego odkrycie w przyszłości znacząco zmodyfikuje układ okresowy pierwiastków.

Spieszył się, więc co chwilę popełniał błędy, literówki. Siarce przypisano masę atomową 36 zamiast 32. Odejmując je 65 (masa atomowa cynku) 39 (masa atomowa potasu), otrzymano 27. Ale tu nie chodzi o drobiazgi! Niosła go wysoka fala intuicji.

Wierzył w intuicję. Używał go całkiem świadomie w różnych sytuacjach życiowych. Anna Iwanowna, żona Mendelejewa, napisała: Jeśli on

miał do rozwiązania jakąś trudną, ważną, żywotną kwestię, szybko, szybko swoim lekkim krokiem wszedł, powiedział, o co chodzi, i poprosił mnie o opowiedzenie o pierwszym wrażeniu. – Tylko nie myśl, tylko nie myśl – powtórzył. Mówiłem i to było rozwiązanie”.

Jednak nic nie działało. Nabazgrany arkusz ponownie zmienił się w rebus. I czas mijał, wieczorem trzeba było iść na dworzec. Najważniejsze, co już czuł, czuł. Ale temu uczuciu trzeba było nadać jasną, logiczną formę. Można sobie wyobrazić, jak w desperacji lub wściekłości biegał po biurze, rozglądając się po wszystkim, co się w nim znajdowało, szukając sposobu na szybkie złożenie systemu. W końcu chwycił stos kart, otworzył na prawej stronie – gdzie znajdowała się lista prostych ciał – jego „Podstawy” i zaczął układać niespotykaną dotąd talię kart. Po zrobieniu talii kart chemicznych zaczął grać w bezprecedensowego pasjansa. Solitaire został oczywiście poproszony! Pierwsze sześć linii ułożyło się bez skandali. Ale potem wszystko zaczęło się rozpadać.

Raz po raz Dmitrij Iwanowicz ściskał pióro i porywczym charakterem pisma szkicował kolumny cyfr na kartce. I znowu, oszołomiony, porzucił to zajęcie i zaczął przekręcać papierosa i zaciągać się nim, tak że jego głowa była całkowicie zachmurzona. W końcu jego oczy zaczęły opadać, rzucił się na sofę i zasnął. To nie było dla niego nowe. Tym razem nie spał długo — może kilka godzin, może kilka minut. Nie ma dokładnych informacji na ten temat. Obudził się z faktu, że widział swojego pasjansa we śnie, i to nie w formie, w jakiej zostawił go na biurku, ale w innej, bardziej harmonijnej i logicznej. A potem zerwał się na równe nogi i zaczął rysować nową tabelę na kartce papieru.

Pierwszą różnicą w stosunku do poprzedniej wersji było to, że pierwiastki były teraz ułożone nie w kolejności malejącej, ale rosnącej według mas atomowych. Po drugie, puste miejsca wewnątrz stołu zostały wypełnione znakami zapytania i masami atomowymi.

Ryż. 8. Szkic szkicu opracowany przez D. I. Mendelejewa podczas odkrycia prawa okresowości (w trakcie rozwijania „chemicznego pasjansa”). 17 lutego (1 marca) 1869.

Przez długi czas opowieść Dmitrija Iwanowicza, że ​​​​we śnie widział swój stół, była traktowana jako anegdota. Znalezienie w snach czegoś racjonalnego uważano za przesąd. W dzisiejszych czasach nauka nie stawia już ślepej bariery między procesami zachodzącymi w świadomości i podświadomości. I nie widzi nic nadprzyrodzonego w tym, że obraz, który nie ukształtował się w procesie świadomego namysłu, w wyniku nieświadomego procesu powstał w skończonej formie.

Mendelejew, przekonany o istnieniu obiektywnego prawa, któremu podlegają wszystkie elementy o różnych właściwościach, poszedł zasadniczo inną drogą.

Będąc spontanicznym materialistą, szukał czegoś materialnego jako cechy pierwiastków, odzwierciedlającej całą rozmaitość ich właściwości, przyjmując za taką cechę masę atomową pierwiastków, porównywał grupy znane wówczas z masy atomowej ich członków.

Wpisując grupę halogenową (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) pod grupą metalu alkalicznego (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) i umieszczając pod nimi inne grupy podobnych pierwiastków (w porządku rosnącym ich mas atomowych), Mendelejew ustalił, że członkowie tych naturalnych grup tworzą wspólny regularny szereg pierwiastków; jednocześnie okresowo powtarzają się właściwości chemiczne pierwiastków tworzących taką serię. Umieszczając w sumie wszystkie 63 znane wówczas elementy "układ okresowy" Mendelejew odkrył, że wcześniej ustanowione grupy naturalne w sposób organiczny weszły w ten system, tracąc dawny sztuczny brak jedności. Później Mendelejew sformułował odkryte przez niego prawo okresowe w następujący sposób: Właściwości ciał prostych, a także formy i właściwości związków pierwiastków są w okresowej zależności od wartości mas atomowych pierwiastków.

Pierwsza wersja tablicy pierwiastków chemicznych, która wyrażała prawo okresowości, została opublikowana przez Mendelejewa w postaci oddzielnej karty pt. „Doświadczenie układu pierwiastków na podstawie ich masy atomowej i podobieństwa chemicznego” i rozesłał tę ulotkę w marcu 1869 r. wielu rosyjskich i zagranicznych chemików.

Ryż. 9. „Doświadczenie układu pierwiastków na podstawie ich masy i podobieństwa chemicznego”.

Pierwsza tablica jest nadal bardzo niedoskonała, daleka jest od nowoczesnej formy układu okresowego. Ale ta tabela okazała się pierwszą graficzną ilustracją prawidłowości odkrytej przez Mendelejewa: „Pierwiastki ułożone według wartości ich masy atomowej reprezentują wyraźną okresowość właściwości” („Związek właściwości z masą atomową pierwiastków” przez Mendelejewa). Artykuł ten był wynikiem przemyśleń naukowca w toku prac nad „Doświadczeniem systemu…”. Raport o odkrytym przez Mendelejewa związku między właściwościami pierwiastków a ich masami atomowymi sporządzono 6 (18) marca 1869 r. na posiedzeniu Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego. Mendelejewa nie było na tym spotkaniu. Zamiast nieobecnego autora raport przeczytał chemik N. A. Menshutkin. W protokole Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego pojawiła się sucha notatka o spotkaniu 6 marca: „N. Menshutkin relacjonuje w imieniu D. Mendelejewa „doświadczenie systemu pierwiastków opartego na ich masie atomowej i podobieństwie chemicznym”. Pod nieobecność D. Mendelejewa dyskusję w tej sprawie odłożono do następnego zebrania”. Przemówienie N. Menshutkina zostało opublikowane w „Dzienniku Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego” („Związek właściwości z masą atomową pierwiastków”). Latem 1871 roku Mendelejew podsumował w swoim dziele liczne badania związane z ustanowieniem prawa okresowego „Okresowa legalność pierwiastków chemicznych” . W klasycznej pracy „Podstawy chemii”, która za życia Mendelejewa doczekała się 8 wydań w języku rosyjskim i kilku wydań w językach obcych, Mendelejew po raz pierwszy wyjaśnił chemię nieorganiczną na podstawie prawa okresowego.

Konstruując układ okresowy pierwiastków, Mendelejew pokonał wielkie trudności, ponieważ wiele pierwiastków nie zostało jeszcze odkrytych, a spośród 63 znanych wówczas pierwiastków dziewięć miało błędnie określone masy atomowe. Tworząc tabelę, Mendelejew skorygował masę atomową berylu, umieszczając beryl nie w tej samej grupie z aluminium, jak zwykle chemicy, ale w tej samej grupie z magnezem. W latach 1870-71 Mendelejew zmienił wartości mas atomowych indu, uranu, toru, ceru i innych pierwiastków, kierując się ich właściwościami i określonym miejscem w układzie okresowym. Opierając się na prawie okresowości, umieścił tellur przed jodem i kobalt przed niklem, tak aby tellur znalazł się w tej samej kolumnie z pierwiastkami o wartościowości 2, a jod w tej samej kolumnie z pierwiastkami o wartościowości 1 , chociaż masy atomowe tych pierwiastków wymagały odwrotnej lokalizacji.

Mendelejew dostrzegł trzy okoliczności, które jego zdaniem przyczyniły się do odkrycia prawa okresowości:

Po pierwsze, mniej lub bardziej dokładnie określono masy atomowe większości pierwiastków chemicznych;

Po drugie, pojawiła się wyraźna koncepcja grup pierwiastków o podobnych właściwościach chemicznych (grupy naturalne);

Po trzecie, do 1869 roku zbadano chemię wielu rzadkich pierwiastków, bez których trudno byłoby dojść do jakichkolwiek uogólnień.

Ostatecznie decydującym krokiem w kierunku odkrycia tego prawa było porównanie przez Mendelejewa wszystkich pierwiastków ze sobą według wielkości mas atomowych. Poprzednicy Mendelejewa porównywali podobne do siebie elementy. To znaczy elementy grup naturalnych. Grupy te okazały się niepowiązane. Mendelejew logicznie połączył je w strukturę swojej tabeli.

Jednak nawet po ogromnej i starannej pracy chemików w celu skorygowania ciężarów atomowych, w czterech miejscach układu okresowego pierwiastki „naruszają” ścisły porządek ułożenia rosnących ciężarów atomowych. Są to pary elementów:

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 T(232,038) – 91 Pa(231,0359).

W czasach D. I. Mendelejewa takie odchylenia uważano za wady układu okresowego. Teoria budowy atomu postawiła wszystko na swoim miejscu: pierwiastki są ułożone całkiem poprawnie - zgodnie z ładunkami ich jąder. Jak zatem wytłumaczyć, że masa atomowa argonu jest większa niż masa atomowa potasu?

Masa atomowa dowolnego pierwiastka jest równa średniej masie atomowej wszystkich jego izotopów, biorąc pod uwagę ich obfitość w przyrodzie. Przypadkowo o masie atomowej argonu decyduje najbardziej „ciężki” izotop (występuje w przyrodzie w większych ilościach). Przeciwnie, potas jest zdominowany przez jego „lżejszy” izotop (to znaczy izotop o niższej liczbie masowej).

Mendelejew tak opisał przebieg procesu twórczego, jakim jest odkrycie prawa okresowości: „... mimowolnie zrodziła się myśl, że musi istnieć związek między masą a właściwościami chemicznymi. A ponieważ masa materii, choć nie absolutna, a jedynie względna, trzeba szukać funkcjonalnej zgodności między poszczególnymi właściwościami pierwiastków a ich masami atomowymi. Szukać czegoś, choćby grzybów czy jakiegoś nałogu, nie da się inaczej niż szukać i próbować. Zacząłem więc selekcjonować, zapisując na osobnych kartkach pierwiastki z ich masami atomowymi i podstawowymi właściwościami, pierwiastki podobne i bliskie masy atomowe, co szybko doprowadziło do wniosku, że właściwości pierwiastków są w okresowej zależności od ich masy atomowej, co więcej, wątpiąc wielu niejasności, ani przez chwilę nie wątpiłem w ogólność wyciągniętego wniosku, ponieważ nie można było dopuścić do wypadku.

Podstawowe znaczenie i nowość Prawa Okresowości było następujące:

1. Powstał związek pomiędzy pierwiastkami NIEPODOBNYMI we właściwościach. Zależność ta polega na tym, że właściwości pierwiastków zmieniają się płynnie i mniej więcej równomiernie wraz ze wzrostem ich masy atomowej, a następnie zmiany te OKRESOWO POWTARZAJĄ.

2. W przypadkach, gdy wydawało się, że brakuje jakiegoś ogniwa w sekwencji zmian właściwości pierwiastków, Układ Okresowy przewidywał GAPS, które trzeba było wypełnić nieodkrytymi jeszcze pierwiastkami.

Ryż. 10. Pierwsze pięć okresów układu okresowego D. I. Mendelejewa. Gazy obojętne nie zostały jeszcze odkryte, więc nie są pokazane w tabeli. Kolejne 4 elementy nieznane do czasu tworzenia tabeli zaznaczono znakami zapytania. Właściwości trzech z nich przewidział D. I. Mendelejew z dużą dokładnością (część układu okresowego z czasów D. I. Mendelejewa w bardziej nam znanej formie).

Zasada zastosowana przez D. I. Mendelejewa do przewidywania właściwości jeszcze nieznanych pierwiastków jest pokazana na rycinie 11.

Opierając się na prawie okresowości i praktycznie stosując prawo dialektyki do przejścia zmian ilościowych w jakościowe, Mendelejew już w 1869 roku zwrócił uwagę na istnienie czterech nieodkrytych jeszcze elementów. Po raz pierwszy w historii chemii przewidziano istnienie nowych pierwiastków, a nawet z grubsza określono ich masy atomowe. Pod koniec 1870 r. Mendelejew, opierając się na swoim systemie, opisał właściwości nieodkrytego jeszcze pierwiastka grupy III, nazywając go „ekaaluminium”. Naukowiec zasugerował też, że za pomocą analizy spektralnej zostanie odkryty nowy pierwiastek. Rzeczywiście, w 1875 roku francuski chemik P.E. Lecoq de Boisbaudran, badając blendę cynku za pomocą spektroskopu, odkrył w niej ekaaluminium Mendelejewa. Dokładna zbieżność domniemanych właściwości pierwiastka z właściwościami określonymi eksperymentalnie była pierwszym triumfem i genialnym potwierdzeniem mocy predykcyjnej prawa okresowości. Opisy właściwości „ecaaluminum” przewidywanych przez Mendelejewa oraz właściwości galu odkrytego przez Boisbaudrana podano w tabeli 1.

Przewidywane przez DI Mendelejewa

Zainstalowany przez Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaaluminium Ea Masa atomowa około 68 Prosty korpus, musi być niskotopliwy Gęstość bliska 5,9 Objętość atomowa 11,5 Nie może utleniać się w powietrzu Musi rozkładać wodę w gorącym ogniu Wzory złożone: ЕаСl3, Еа2О3, Еа2(SO4)3 Musi tworzyć ałun Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, ale trudniejszy niż aluminium Tlenek Ea2O3 powinien być łatwo redukowany i dawać metal bardziej lotny niż aluminium, dlatego można się spodziewać, że EaCl3 zostanie odkryty analizą spektralną - lotny.

Masa atomowa około 69,72 Temperatura topnienia czystego galu wynosi 30 stopni C. Gęstość galu w stanie stałym wynosi 5,904, a galu w stanie ciekłym 6,095. Objętość atomowa 11,7 Lekko utleniony tylko w gorących temperaturach Rozkłada wodę w wysokiej temperaturze Wzory złożone: GaCl3, Ga2O3, Ga2(SO4)3 Tworzy ałun NH4Ga(SO4)2 * 12H2O Gal jest redukowany z tlenku przez kalcynację w strumieniu wodoru; odkryte za pomocą analizy spektralnej Temperatura wrzenia GaCl3 215-220 stopni C

w 1879 r szwedzki chemik L. Nilson znalazł pierwiastek skand, który w pełni odpowiada ekaborowi opisanemu przez Mendelejewa; w 1886 r. niemiecki chemik K. Winkler odkrył pierwiastek german, który odpowiada eksakrzemowi; w 1898 r. francuscy chemicy Pierre Curie i Maria Skłodowska Curie odkryli polon i rad. Mendelejew uważał Winklera, Lecoqa de Boisbaudrana i Nilssona za „wzmacniaczy prawa okresowego”.

Przewidywania Mendelejewa również się sprawdziły: odkryto trimargan - obecny ren, dicez - francium itp.

Potem stało się jasne dla naukowców na całym świecie, że układ okresowy D. I. Mendelejewa nie tylko systematyzuje pierwiastki, ale jest graficznym wyrazem podstawowego prawa natury - prawa okresowości.

Prawo to ma moc predykcyjną. Pozwolił na ukierunkowane poszukiwania nowych, jeszcze nie odkrytych pierwiastków. Masy atomowe wielu pierwiastków, wcześniej określone niedostatecznie dokładnie, poddano weryfikacji i uściśleniu właśnie dlatego, że ich błędne wartości były sprzeczne z Prawem Okresowości.

Pewnego razu DI Mendelejew zauważył z rozczarowaniem: „... nie znamy przyczyn okresowości”. Nie zdążył dożyć, by rozwiązać tę zagadkę.

Jednym z ważnych argumentów przemawiających za złożoną strukturą atomów było odkrycie prawa okresowego D. I. Mendelejewa:

Właściwości substancji prostych, a także właściwości i formy związków są w okresowej zależności od mas atomowych pierwiastków chemicznych.

Kiedy udowodniono, że liczba porządkowa pierwiastka w układzie jest liczbowo równa ładunkowi jądra jego atomu, fizyczna istota prawa okresowości stała się jasna.

Ale dlaczego właściwości pierwiastków chemicznych zmieniają się okresowo wraz ze wzrostem ładunku jądra? Dlaczego układ elementów jest skonstruowany w taki, a nie inny sposób i dlaczego jego okresy zawierają ściśle określoną liczbę elementów? Odpowiedzi na te kluczowe pytania nie było.

Logiczne rozumowanie przewidywało, że jeśli istnieje związek między pierwiastkami chemicznymi składającymi się z atomów, to atomy mają coś wspólnego, a zatem muszą mieć złożoną budowę.

Tajemnica układu okresowego pierwiastków została całkowicie rozwiązana, gdy udało się zrozumieć najbardziej złożoną budowę atomu, strukturę jego zewnętrznych powłok elektronowych, prawa ruchu elektronów wokół dodatnio naładowanego jądra, w którym prawie cała masa atomu jest skoncentrowana.

Wszystkie chemiczne i fizyczne właściwości materii są określone przez strukturę atomów. Odkryte przez Mendelejewa prawo okresowości jest uniwersalnym prawem natury, ponieważ opiera się na prawie budowy atomu.

Założycielem współczesnej teorii atomu jest angielski fizyk Rutherford, który przekonujące eksperymenty wykazały, że prawie cała masa i dodatnio naładowana materia atomu jest skoncentrowana w niewielkiej części jego objętości. Nazwał tę część atomu rdzeń. Dodatni ładunek jądra jest kompensowany przez krążące wokół niego elektrony. W tym modelu atomu elektrony przypominają planety Układu Słonecznego, w wyniku czego nazwano je planetarnymi. Później Rutherfordowi udało się wykorzystać dane eksperymentalne do obliczenia ładunków jąder. Okazały się one równe numerom seryjnym elementów w tabeli D. I. Mendelejewa. Po pracach Rutherforda i jego uczniów prawo okresowe Mendelejewa otrzymało jaśniejsze znaczenie i nieco inne sformułowanie:

Właściwości substancji prostych, a także właściwości i formy kombinacji pierwiastków są okresowo zależne od ładunku jądra atomów pierwiastków.

W ten sposób numer seryjny pierwiastka chemicznego w układzie okresowym otrzymał fizyczne znaczenie.

W 1913 roku G. Moseley badał emisję promieniowania rentgenowskiego szeregu pierwiastków chemicznych w laboratorium Rutherforda. W tym celu zaprojektował anodę lampy rentgenowskiej z materiałów składających się z określonych pierwiastków. Okazało się, że długości fal charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego rosną wraz ze wzrostem numeru seryjnego elementów tworzących katodę. G. Moseley wyprowadził równanie odnoszące się do długości fali i numeru seryjnego Z:

To wyrażenie matematyczne nosi obecnie nazwę prawa Moseleya. Umożliwia określenie numeru seryjnego badanego elementu na podstawie zmierzonej długości fali promieniowania rentgenowskiego.

Najprostszym jądrem atomowym jest jądro atomu wodoru. Jego ładunek jest równy i przeciwny do znaku ładunku elektronu, a jego masa jest najmniejsza ze wszystkich jąder. Jądro atomu wodoru zostało uznane za cząstkę elementarną, aw 1920 r. Rutherford nadał mu nazwę proton . Masa protonu to w przybliżeniu jedna atomowa jednostka masy.

Jednak masa wszystkich atomów, z wyjątkiem wodoru, liczbowo przekracza ładunki jąder atomów. Już Rutherford zakładał, że oprócz protonów w jądrach powinny znajdować się cząstki obojętne o określonej masie. Cząstki te zostały odkryte w 1932 roku przez Bothe'a i Beckera. Chadwick ustalił ich naturę i nazwał neutrony . Neutron to nienaładowana cząstka o masie prawie równej masie protonu, czyli również 1 AU. jeść.

W 1932 r. Radziecki naukowiec D. D. Ivanenko i niemiecki fizyk Heisenberg niezależnie opracowali teorię protonowo-neutronową jądra, zgodnie z którą jądra atomów składają się z protonów i neutronów.

Rozważmy budowę atomu jakiegoś pierwiastka, na przykład sodu, z punktu widzenia teorii protonów i neutronów. Numer seryjny sodu w układzie okresowym to 11, liczba masowa to 23. Zgodnie z numerem seryjnym ładunek jądra atomu sodu wynosi + 11. Dlatego w atomie sodu jest 11 elektronów, których suma ładunków jest równa dodatniemu ładunkowi jądra. Jeśli atom sodu straci jeden elektron, to ładunek dodatni będzie o jeden większy niż suma ładunków ujemnych elektronów (10), a atom sodu stanie się jonem o ładunku 1+. Ładunek jądra atomu jest równy sumie ładunków 11 protonów w jądrze, którego masa wynosi 11 a. e. m. Ponieważ liczba masowa sodu wynosi 23 a.m. e.m., to różnica 23 - 11 \u003d 12 określa liczbę neutronów w atomie sodu.

Nazywa się protony i neutrony nukleony . Jądro atomu sodu składa się z 23 nukleonów, z których 11 to protony, a 12 to neutrony. Całkowita liczba nukleonów w jądrze jest zapisana w lewym górnym rogu oznaczenia pierwiastka, a liczba protonów w lewym dolnym rogu, np. Na.

Wszystkie atomy danego pierwiastka mają ten sam ładunek jądrowy, czyli taką samą liczbę protonów w jądrze. Liczba neutronów w jądrach atomów pierwiastków może być różna. Atomy mające taką samą liczbę protonów i różną liczbę neutronów w jądrze nazywamy izotopy .

Nazywa się atomy różnych pierwiastków, których jądro zawiera taką samą liczbę nukleonów izobary .

Ustalenie rzeczywistego związku między budową atomu a budową układu okresowego nauka zawdzięcza przede wszystkim wielkiemu duńskiemu fizykowi Nielsowi Bohrowi. Był także pierwszym, który wyjaśnił prawdziwe zasady okresowej zmiany właściwości pierwiastków. Bohr rozpoczął od urzeczywistnienia modelu atomu Rutherforda.

Planetarny model atomu Rutherforda odzwierciedlał oczywistą prawdę, że główna część atomu zawarta jest w znikomej części objętości - jądrze atomowym, a elektrony są rozmieszczone w pozostałej części objętości atomu. Jednak natura ruchu elektronu na orbicie wokół jądra atomu przeczy teorii ruchu ładunków elektrycznych elektrodynamiki.

Po pierwsze, zgodnie z prawami elektrodynamiki, elektron obracający się wokół jądra musi spaść na jądro w wyniku utraty energii na promieniowanie. Po drugie, zbliżając się do jądra, długości fal emitowanych przez elektron muszą się ciągle zmieniać, tworząc widmo ciągłe. Jednak atomy nie znikają, co oznacza, że ​​elektrony nie spadają na jądro, a widmo promieniowania atomów nie jest ciągłe.

Jeśli metal zostanie podgrzany do temperatury parowania, wówczas jego para zacznie świecić, a para każdego metalu ma swój własny kolor. Promieniowanie pary metalu rozłożone przez pryzmat tworzy widmo składające się z pojedynczych linii świetlnych. Widmo takie nazywamy widmem liniowym. Każda linia widma charakteryzuje się określoną częstotliwością promieniowania elektromagnetycznego.

W 1905 roku Einstein, wyjaśniając zjawisko efektu fotoelektrycznego, zasugerował, że światło rozchodzi się w postaci fotonów lub kwantów energii, które mają bardzo określone znaczenie dla każdego typu atomu.

W 1913 roku Bohr wprowadził reprezentację kwantową do planetarnego modelu atomu Rutherforda i wyjaśnił pochodzenie widm liniowych atomów. Jego teoria budowy atomu wodoru opiera się na dwóch postulatach.

Pierwszy postulat:

Elektron krąży wokół jądra, nie wypromieniowując energii, po ściśle określonych orbitach stacjonarnych, które spełniają teorię kwantową.

Na każdej z tych orbit elektron ma określoną energię. Im dalej od jądra znajduje się orbita, tym więcej energii ma znajdujący się na niej elektron.

Ruch obiektu wokół środka w mechanice klasycznej jest określany przez moment pędu m´v´r, gdzie m to masa poruszającego się obiektu, v to prędkość obiektu, r to promień okręgu. Zgodnie z mechaniką kwantową energia tego obiektu może mieć tylko określone wartości. Bohr uważał, że moment pędu elektronu w atomie wodoru może być równy tylko całkowitej liczbie kwantów akcji. Najwyraźniej stosunek ten był domysłem Bohra, później wyprowadził go matematycznie francuski fizyk de Broglie.

Zatem matematycznym wyrazem pierwszego postulatu Bohra jest równość:

(1)

Zgodnie z równaniem (1) minimalny promień orbity elektronu, a co za tym idzie minimalna energia potencjalna elektronu odpowiada wartości n równej jedności. Stan atomu wodoru, który odpowiada wartości n=1, nazywamy normalnym lub zasadowym. Atom wodoru, którego elektron znajduje się na dowolnej innej orbicie odpowiadającej wartościom n=2, 3, 4, ¼, nazywany jest wzbudzonym.

Równanie (1) zawiera prędkość elektronu i promień orbity jako niewiadome. Jeśli zrobimy inne równanie, które będzie zawierało v i r, to możemy obliczyć wartości tych ważnych cech elektronu w atomie wodoru. Takie równanie uzyskuje się uwzględniając równość sił odśrodkowych i dośrodkowych działających w układzie „jądro atom wodoru – elektron”.

Siła odśrodkowa jest. Siła dośrodkowa, która określa przyciąganie elektronu do jądra, zgodnie z prawem Coulomba, wynosi . Biorąc pod uwagę równość ładunków elektronu i jądra w atomie wodoru, możemy napisać:

(2)

Rozwiązując układ równań (1) i (2) względem v i r, znajdujemy:

(3)

Równania (3) i (4) umożliwiają obliczenie promieni orbit i prędkości elektronów dla dowolnej wartości n. Przy n=1 promień pierwszej orbity atomu wodoru, promień Bohra, jest równy 0,053 nm. Prędkość elektronu na tej orbicie wynosi 2200 km/s. równania (3) i (4) pokazują, że promienie orbit elektronów atomu wodoru są ze sobą powiązane jak kwadraty liczb naturalnych, a prędkość elektronu maleje wraz ze wzrostem n.

Drugi postulat:

Podczas przemieszczania się z jednej orbity na drugą elektron pochłania lub emituje kwant energii.

Gdy atom jest wzbudzony, tj. gdy elektron przemieszcza się z orbity najbliższej jądra na bardziej odległą, kwant energii jest pochłaniany i odwrotnie, gdy elektron przemieszcza się z orbity odległej na bliższą, energia kwantowa E 2 - E 1 \u003d emitowane jest hv. Po znalezieniu promieni orbit i energii elektronu na nich Bohr obliczył energię fotonów i odpowiadających im linii w widmie liniowym wodoru, co odpowiadało danym eksperymentalnym.

Liczba n, która określa wielkość promieni orbit kwantowych, prędkość ruchu elektronów i ich energię, nazywa się główna liczba kwantowa .

Sommerfeld dalej ulepszał teorię Bohra. Zaproponował, że w atomie mogą istnieć nie tylko kołowe, ale i eliptyczne orbity elektronów i na tej podstawie wyjaśnił pochodzenie subtelnej struktury widma wodoru.

Ryż. 12. Elektron w atomie Bohra opisuje nie tylko orbitę kołową, ale także eliptyczną. Oto jak wyglądają dla różnych wartości l Na P =2, 3, 4.

Jednak teoria budowy atomu Bohra-Sommerfelda łączyła koncepcje klasyczne i mechaniki kwantowej, a zatem została zbudowana na sprzecznościach. Główne wady teorii Bohra-Sommerfelda są następujące:

1. Teoria nie jest w stanie wyjaśnić wszystkich szczegółów widmowych właściwości atomów.

2. Nie pozwala ilościowo obliczyć wiązania chemicznego nawet w tak prostej cząsteczce jak cząsteczka wodoru.

Ale fundamentalne stanowisko zostało mocno ustalone: ​​wypełnianie powłok elektronowych w atomach pierwiastków chemicznych następuje począwszy od trzeciego, M - pociski nie są sekwencyjne, stopniowo do pełnej pojemności (tj DO- I Ł - muszle), ale stopniowo. Innymi słowy, budowa powłok elektronowych zostaje tymczasowo przerwana z powodu pojawienia się elektronów w atomach należących do innych powłok.

Litery te są oznaczone w następujący sposób: N , l , m l , SM – aw języku fizyki atomowej nazywane są liczbami kwantowymi. Historycznie wprowadzano je stopniowo, a ich pojawienie się w dużej mierze wiąże się z badaniem widm atomowych.

Okazuje się więc, że stan dowolnego elektronu w atomie można zapisać w specjalnym kodzie, będącym kombinacją czterech liczb kwantowych. Nie są to tylko abstrakcyjne wielkości służące do rejestrowania stanów elektronicznych. Wręcz przeciwnie, wszystkie mają rzeczywistą zawartość fizyczną.

Numer P jest zawarta we wzorze na pojemność powłoki elektronowej (2 P 2), czyli podaną liczbę kwantową P odpowiada numerowi powłoki elektronowej; innymi słowy, liczba ta określa, czy elektron należy do danej powłoki elektronowej.

Numer P akceptuje tylko wartości całkowite: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,… odpowiadające odpowiednio powłokom: K, L, M, N, O, P, Q.

Ponieważ P jest zawarty we wzorze na energię elektronu, to mówią, że główna liczba kwantowa określa całkowitą energię elektronu w atomie.

Kolejna litera naszego alfabetu - orbitalna (boczna) liczba kwantowa - jest oznaczona jako l . Został wprowadzony, aby podkreślić nierównoważność wszystkich elektronów należących do danej powłoki.

Każda powłoka jest podzielona na pewne podpowłoki, a ich liczba jest równa numerowi powłoki. tj. powłoka K ( P =1) składa się z jednej podpowłoki; skorupa L ( P =2) - z dwóch; skorupa M ( P =3) - z trzech podpowłok...

A każda podpowłoka tej powłoki charakteryzuje się pewną wartością l . Orbitalna liczba kwantowa również przyjmuje wartości całkowite, ale zaczynając od zera, czyli 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6… Zatem l zawsze mniej P . Łatwo to zrozumieć, kiedy P =1 l =0; Na N =2 l =0 i 1; Na N = 3 l = 0, 1 i 2 itd. Liczba l , że tak powiem, ma obraz geometryczny. W końcu orbity elektronów należących do jednej lub drugiej powłoki mogą być nie tylko okrągłe, ale także eliptyczne.

różne znaczenia l i scharakteryzować różne typy orbit.

Fizycy kochają tradycje i wolą stare oznaczenia literowe do oznaczania podpowłok elektronowych. S ( l =0), P ( l =1), D ( l =2), F ( l =3). Są to pierwsze litery niemieckich słów charakteryzujących cechy serii linii widmowych ze względu na przejścia elektronowe: ostre, główne, rozproszone, podstawowe.

Teraz możesz pokrótce zapisać, które podpowłoki elektronowe są zawarte w powłokach elektronowych (Tabela 2).

Aby dowiedzieć się, ile elektronów zawierają różne podpowłoki elektronowe, pomóż określić trzecią i czwartą liczbę kwantową - m l i m s, które nazywane są magnetycznymi i spinowymi.

Magnetyczna liczba kwantowa m l blisko powiązane z l i określa z jednej strony kierunek położenia tych orbit w przestrzeni, a z drugiej ich liczbę możliwą dla danej l . Z niektórych praw teorii atomowej wynika, że ​​dla danego l liczba kwantowa m l, zajmuje 2 l +1 wartości całkowite: od - l do + l , w tym zero. Na przykład dla l =3 to jest ciąg m l mamy: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, czyli w sumie siedem wartości.

Dlaczego m l zwany magnetycznym? Każdy elektron krążący po orbicie wokół jądra to zasadniczo jeden obrót uzwojenia, przez które przepływa prąd elektryczny. Istnieje pole magnetyczne, więc każda orbita w atomie może być traktowana jako płaski arkusz magnetyczny. Kiedy zostanie znalezione zewnętrzne pole magnetyczne, każda orbita elektronu będzie oddziaływać z tym polem i będzie miała tendencję do zajmowania określonej pozycji w atomie.

Liczba elektronów na każdej orbicie jest określona przez wartość spinowej liczby kwantowej m s .

Zachowanie atomów w silnych niejednorodnych polach magnetycznych pokazało, że każdy elektron w atomie zachowuje się jak magnes. A to wskazuje, że elektron obraca się wokół własnej osi, jak planeta na orbicie. Ta właściwość elektronu nazywa się „spinem” (przetłumaczonym z angielskiego - obracać). Ruch obrotowy elektronu jest stały i niezmienny. Rotacja elektronu jest zupełnie niezwykła: nie można jej spowolnić, przyspieszyć ani zatrzymać. To samo dotyczy wszystkich elektronów na świecie.

Ale chociaż spin jest wspólną właściwością wszystkich elektronów, jest również przyczyną różnicy między elektronami w atomie.

Dwa elektrony, krążące po tej samej orbicie wokół jądra, mają ten sam spin co do wielkości, a jednak mogą różnić się kierunkiem własnego obrotu. W tym przypadku zmienia się znak momentu pędu i znak obrotu.

Obliczenia kwantowe prowadzą do dwóch możliwych wartości spinowych liczb kwantowych właściwych elektronowi na orbicie: s=+ i s= - . Nie może być innych wartości. Dlatego w atomie tylko jeden lub dwa elektrony mogą obracać się na każdej orbicie. Nie może być więcej.

Każda podpowłoka elektronowa może pomieścić 2(2 l + 1) - elektrony, a mianowicie (tabela 3):

Stąd, przez proste dodawanie, otrzymuje się pojemności kolejnych powłok.

Prostota podstawowego prawa, do którego sprowadzono początkową nieskończoną złożoność budowy atomu, jest zdumiewająca. Wszystkie kapryśne zachowania elektronów w jego zewnętrznej powłoce, które rządzą wszystkimi jego właściwościami, można wyrazić z niezwykłą prostotą: W atomie nie ma i nie może być dwóch identycznych elektronów. Prawo to znane jest w nauce jako zasada Pauliego (od nazwiska szwajcarskiego fizyka teoretycznego).

Znając całkowitą liczbę elektronów w atomie, która jest równa jego numerowi seryjnemu w systemie Mendelejewa, możesz „zbudować” atom: możesz obliczyć strukturę jego zewnętrznej powłoki elektronowej - określić, ile jest w nim elektronów i jakie niby w nim są.

W miarę wzrostu Z podobne typy konfiguracji elektronowych atomów powtarzają się okresowo. W rzeczywistości jest to również sformułowanie prawa okresowości, ale w odniesieniu do procesu rozkładu elektronów na powłokach i podpowłokach.

Znając prawo budowy atomu, możesz teraz zbudować układ okresowy i wyjaśnić, dlaczego jest zbudowany w ten sposób. Potrzebne jest tylko jedno małe wyjaśnienie terminologiczne: te pierwiastki, w których atomach występuje konstrukcja podpowłok s-, p-, d-, f, są zwykle nazywane odpowiednio pierwiastkami s-, p-, d-, f.

Zwyczajowo zapisuje się formułę atomu w tej formie: główna liczba kwantowa to odpowiednia liczba, drugorzędna liczba kwantowa to litera, liczba elektronów jest zaznaczona w prawym górnym rogu.

Pierwszy okres zawiera 1 pierwiastki s - wodór i hel. Schematyczne przedstawienie pierwszego okresu jest następujące: 1 s 2 . Drugi okres można przedstawić następująco: 2 s 2 2 p 6 , czyli zawiera elementy, w których wypełnione są 2 s-, 2 p-podpowłoki. I trzecia (wbudowane są w nią podpowłoki 3 s-, 3p): 3 s 2 3p 6 . Oczywiście powtarzają się podobne typy konfiguracji elektronicznych.

Na początku czwartego okresu występują dwa elementy 4 s, tj. napełnianie powłoki N rozpoczyna się wcześniej niż zakończono budowę powłoki M. Zawiera jeszcze 10 wolnych miejsc, które są wypełnione przez kolejne dziesięć elementów (3 d-elementy). Zapełnianie powłoki M zakończyło się, trwa zapełnianie powłoki N (sześcioma 4-elektronami). W konsekwencji struktura czwartego okresu jest następująca: 4 s 2 3 d 10 4 p 6 . Piąty okres wypełnia się w ten sam sposób:

5 s 2 4 re 10 5 str 6 .

W szóstym okresie są 32 elementy. Jego schematyczne przedstawienie jest następujące: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6 .

I wreszcie następny, siódmy okres: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6 . Należy pamiętać, że nie wszystkie elementy VII okresu są jeszcze znane.

Takie stopniowe napełnianie muszli jest ścisłą prawidłowością fizyczną. Okazuje się, że zamiast zajmować poziomy podpowłoki 3d, elektronom bardziej opłaca się (z energetycznego punktu widzenia) zapełnić najpierw poziomy podpowłoki 4s. To właśnie te "huśtawki" energii "bardziej opłacalne - bardziej nieopłacalne" i wyjaśniają sytuację, że w pierwiastkach chemicznych wypełnienie powłok elektronowych odbywa się w półkach.

W połowie lat 20. Francuski fizyk L. de Broglie wyraził śmiały pomysł: wszystkie cząstki materialne (w tym elektrony) mają nie tylko właściwości materiałowe, ale także falowe. Wkrótce udało się wykazać, że elektrony, podobnie jak fale świetlne, mogą omijać przeszkody.

Ponieważ elektron jest falą, jego ruch w atomie można opisać równaniem falowym. Takie równanie zostało wyprowadzone w 1926 roku przez austriackiego fizyka E. Schrödingera. Matematycy nazywają to równaniem różniczkowym cząstkowym drugiego rzędu. Dla fizyków jest to podstawowe równanie mechaniki kwantowej.

Oto jak wygląda to równanie:

+++ y=0

Gdzie M jest masą elektronu; R – odległość elektronu od jądra; mi jest ładunkiem elektronu; mi jest całkowitą energią elektronu, która jest równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej; Z jest numerem seryjnym atomu (dla atomu wodoru jest równy 1); H- "kwant akcji"; X , y , z – współrzędne elektronowe; y - funkcja falowa (abstrakcyjna wielkość abstrakcyjna charakteryzująca stopień prawdopodobieństwa).

Stopień prawdopodobieństwa, że ​​elektron znajduje się w określonym miejscu w przestrzeni wokół jądra. Jeśli y \u003d 1, to elektron musi naprawdę znajdować się w tym miejscu; jeśli y = 0, to w ogóle nie ma tam elektronu.

Pojęcie prawdopodobieństwa znalezienia elektronu ma kluczowe znaczenie dla mechaniki kwantowej. A wartość funkcji y (psi) (dokładniej kwadrat jej wartości) wyraża prawdopodobieństwo, że elektron znajdzie się w takim czy innym punkcie przestrzeni.

W atomie mechaniki kwantowej nie ma określonych orbit elektronów, które są tak wyraźnie zarysowane w modelu atomu Bohra. Elektron jest jakby rozmazany w przestrzeni w postaci chmury. Ale gęstość tej chmury jest inna: jak mówią, gdzie jest gęsta, a gdzie pusta. Większa gęstość chmur odpowiada większemu prawdopodobieństwu znalezienia elektronu.

Od abstrakcyjnego kwantowo-mechanicznego modelu atomu można przejść do wizualnego i widzialnego modelu atomu Bohra. Aby to zrobić, musisz rozwiązać równanie Schrödingera. Okazuje się, że funkcja falowa jest powiązana z trzema różnymi wielkościami, które mogą przyjmować tylko wartości całkowite. Co więcej, kolejność zmian tych wielkości jest taka, że ​​nie mogą one być niczym innym niż liczbami kwantowymi. Główny, orbitalny i magnetyczny. Ale zostały wprowadzone specjalnie w celu oznaczenia widm różnych atomów. Następnie bardzo organicznie migrowali do modelu atomu Bohra. Taka jest logika naukowa - nawet najsurowszy sceptyk jej nie podważy.

Wszystko to oznacza, że ​​rozwiązanie równania Schrödingera ostatecznie prowadzi do wyprowadzenia sekwencji wypełniania powłok elektronowych i podpowłok atomów. Jest to główna zaleta atomu mechaniki kwantowej nad atomem Bohra. A koncepcje znane atomowi planetarnemu można zrewidować z punktu widzenia mechaniki kwantowej. Można powiedzieć, że orbita to pewien zbiór prawdopodobnych pozycji danego elektronu w atomie. Odpowiada pewnej funkcji falowej. Zamiast terminu „orbita” we współczesnej fizyce atomowej i chemii używa się terminu „orbital”.

Równanie Schrödingera jest więc jak magiczna różdżka, która eliminuje wszystkie niedociągnięcia zawarte w formalnej teorii układu okresowego. Zmienia „formalne” w „rzeczywiste”.

W rzeczywistości jest to dalekie od przypadku. Ponieważ równanie ma dokładne rozwiązanie tylko dla atomu wodoru, najprostszego z atomów. Dla atomu helu i kolejnych nie jest możliwe dokładne rozwiązanie równania Schrödingera, ponieważ siły oddziaływania między elektronami są sumowane. A uwzględnienie ich wpływu na wynik końcowy to problem matematyczny o niewyobrażalnej złożoności. Jest niedostępny dla ludzkich możliwości; można z nim porównać tylko szybkie komputery elektroniczne, wykonujące setki tysięcy operacji na sekundę. I to tylko pod warunkiem, że program do obliczeń zostanie opracowany z licznymi uproszczeniami i przybliżeniami.

Przez 40 lat lista znanych pierwiastków chemicznych powiększyła się o 19. A wszystkie 19 pierwiastków zostało zsyntetyzowanych, przygotowanych sztucznie.

Syntezę pierwiastków można rozumieć jako otrzymanie z pierwiastka o niższym ładunku jądrowym niższej liczby atomowej pierwiastka o większej liczbie atomowej. A proces uzyskiwania nazywa się reakcją jądrową. Jego równanie jest zapisane w taki sam sposób, jak równanie zwykłej reakcji chemicznej. Reagenty są po lewej stronie, produkty po prawej. Reagentami w reakcji jądrowej są cel i bombardująca cząstka.

Prawie każdy pierwiastek układu okresowego (w postaci wolnej lub w postaci związku chemicznego) może służyć jako cel.

Rolę cząstek bombardujących pełnią a-cząstki, neutrony, protony, deuterony (jądra ciężkiego izotopu wodoru), a także tzw. wielokrotnie naładowane ciężkie jony różnych pierwiastków – boru, węgla, azotu, tlenu, neon, argon i inne elementy układu okresowego.

Aby zaszła reakcja jądrowa, bombardująca cząstka musi zderzyć się z jądrem docelowego atomu. Jeśli cząstka ma wystarczająco wysoką energię, może wniknąć tak głęboko w jądro, że się z nim połączy. Ponieważ wszystkie wymienione powyżej cząstki, z wyjątkiem neutronu, niosą ładunki dodatnie, to łącząc się z jądrem, zwiększają jego ładunek. A zmiana wartości Z oznacza przemianę pierwiastków: syntezę pierwiastka o nowej wartości ładunku jądrowego.

Aby znaleźć sposób na przyspieszenie bombardujących cząstek, nadanie im dużej energii wystarczającej do połączenia ich z jądrami, wynaleziono i skonstruowano specjalny akcelerator cząstek – cyklotron. Następnie zbudowali specjalną fabrykę nowych elementów - rektor jądrowy. Jego bezpośrednim celem jest wytwarzanie energii jądrowej. Ale ponieważ zawsze występują w nim intensywne strumienie neutronów, są one łatwe w użyciu do celów sztucznej syntezy. Neutron nie ma ładunku, a zatem przyspieszanie nie jest konieczne (i niemożliwe). Wręcz przeciwnie, powolne neutrony okazują się bardziej przydatne niż szybkie.

Chemicy musieli wysilić swoje umysły i wykazać się autentycznymi cudami pomysłowości, aby opracować sposoby na oddzielenie znikomych ilości nowych pierwiastków z docelowej substancji. Aby nauczyć się badać właściwości nowych pierwiastków, gdy dostępnych było tylko kilka ich atomów...

Dzięki pracy setek i tysięcy naukowców w układzie okresowym wypełniono 19 nowych komórek. Cztery znajdują się w jej starych granicach: między wodorem a uranem. Piętnaście - dla uranu. Oto jak to wszystko się stało...

Przez długi czas puste były 4 miejsca w układzie okresowym: komórki o numerach 43, 61, 85 i 87.

Te 4 elementy były nieuchwytne. Wysiłki naukowców mające na celu poszukiwanie ich w przyrodzie pozostały bezskuteczne. Za pomocą prawa okresowego wszystkie inne miejsca w układzie okresowym pierwiastków były dawno zapełnione - od wodoru po uran.

Niejednokrotnie w czasopismach naukowych pojawiały się doniesienia o odkryciu tych czterech pierwiastków. Ale wszystkie te odkrycia nie zostały potwierdzone: za każdym razem dokładne sprawdzenie wykazało, że popełniono błąd i przypadkowo nieistotne zanieczyszczenia zostały pomylone z nowym pierwiastkiem.

Długie i trudne poszukiwania doprowadziły w końcu do odkrycia w naturze jednego z nieuchwytnych pierwiastków. Okazało się, że ekacez nr 87 występuje w łańcuchu rozpadu naturalnego radioaktywnego izotopu uranu-235. jest pierwiastkiem promieniotwórczym krótkotrwałym.

Ryż. 13. Schemat formacji elementu nr 87 - Francja. Niektóre izotopy promieniotwórcze mogą rozpadać się na dwa sposoby, na przykład poprzez rozpad a i b. Zjawisko to nazywane jest widelcem radioaktywnym. Wszystkie naturalne rodziny promieniotwórcze zawierają widełki.

Element 87 zasługuje na bardziej szczegółowe omówienie. Teraz w encyklopediach chemicznych czytamy: francium (numer seryjny 87) zostało odkryte w 1939 roku przez francuską naukowczynię Marguerite Perey.

Jak Pereyowi udało się uchwycić nieuchwytny element? W 1914 r. trzech austriackich radiochemików – S. Meyer, W. Hess i F. Panet – rozpoczęło badanie rozpadu promieniotwórczego izotopu aktynu o liczbie masowej 227. Wiadomo było, że należy on do rodziny aktynouranów i emituje b- cząsteczki; stąd produktem jego rozpadu jest tor. Jednak naukowcy mieli niejasne podejrzenia, że ​​aktyn-227 w rzadkich przypadkach emituje również cząstki a. Innymi słowy, obserwuje się tutaj jeden z przykładów radioaktywnego widelca. W trakcie takiej przemiany powinien powstać izotop pierwiastka 87. Meyer i jego współpracownicy rzeczywiście zaobserwowali cząstki a. Potrzebne były dalsze badania, które przerwała I wojna światowa.

Marguerite Perey poszła tą samą drogą. Miała jednak do dyspozycji bardziej czułe instrumenty, nowe, udoskonalone metody analizy. więc odniosła sukces.

Francium jest jednym ze sztucznie syntetyzowanych pierwiastków. Mimo to pierwiastek został po raz pierwszy odkryty w naturze. Jest izotopem franku-223. Jego okres półtrwania wynosi zaledwie 22 minuty. Staje się jasne, dlaczego na Ziemi jest tak mało Francji. Po pierwsze, ze względu na swoją kruchość, nie ma czasu na skupienie się w zauważalnych ilościach, a po drugie, sam proces jego powstawania charakteryzuje się niskim prawdopodobieństwem: tylko 1,2% jąder aktynu-227 rozpada się z emisją a- cząstki.

Pod tym względem frank jest bardziej opłacalny do sztucznego przygotowania. Otrzymano już 20 izotopów franka, a najdłużej żyjący z nich - franc-223. pracując z bardzo małymi ilościami soli franku, chemicy byli w stanie udowodnić, że jego właściwości są bardzo podobne do cezu.

Badając właściwości jąder atomowych, fizycy doszli do wniosku, że pierwiastki o liczbach atomowych 43, 61, 85 i 87 nie mogą mieć stabilnych izotopów. Mogą być tylko radioaktywne, o krótkim okresie półtrwania i powinny szybko zniknąć. Dlatego wszystkie te elementy zostały stworzone przez człowieka sztucznie. Ścieżki powstawania nowych pierwiastków wyznaczało prawo okresowości. Element 43 był pierwszym sztucznie stworzonym.

W jądrze pierwiastka 43 muszą znajdować się 43 ładunki dodatnie, a wokół jądra muszą krążyć 43 elektrony. Pusta przestrzeń dla pierwiastka 43, która znajduje się w środku piątego okresu, ma mangan w czwartym okresie i ren w szóstym. Dlatego właściwości chemiczne pierwiastka 43 powinny być podobne do właściwości manganu i renu. Na lewo od celi 43 znajduje się molibden nr 42, a na prawo ruten nr 44. Dlatego, aby stworzyć pierwiastek 43, konieczne jest zwiększenie liczby ładunków w jądrze atomu, który ma 42 ładunki, o jeden ładunek elementarny więcej. Dlatego do syntezy nowego pierwiastka 43 jako surowiec należy przyjąć molibden. Najlżejszy pierwiastek, wodór, ma jeden ładunek dodatni. Można się więc spodziewać, że pierwiastek 43 można otrzymać w wyniku reakcji jądrowej molibdenu z protonem.

Ryż. 14. Schemat syntezy pierwiastka nr 43 - technetu.

Właściwości pierwiastka 43 powinny być zbliżone do właściwości manganu i renu, a aby wykryć i udowodnić powstanie tego pierwiastka, należy zastosować reakcje chemiczne podobne do tych, za pomocą których chemicy określają obecność niewielkich ilości manganu i renu.

W ten sposób układ okresowy umożliwia wytyczenie drogi tworzenia sztucznych pierwiastków.

Dokładnie w ten sam sposób w 1937 roku powstał pierwszy sztuczny pierwiastek chemiczny. Otrzymał znamienną nazwę technetu - pierwszego pierwiastka wykonanego sztucznie, technicznie. W ten sposób zsyntetyzowano technet. Płytka molibdenu została poddana intensywnemu bombardowaniu przez jądra ciężkiego izotopu wodoru - deuteru, które rozproszyły się w cyklotronie z dużą prędkością.

Ciężkie jądra wodoru, które otrzymały bardzo dużą energię, penetrowały jądra molibdenu. Po napromieniowaniu w cyklotronie tworzywo molibdenowe rozpuszczono w kwasie. Z roztworu wyizolowano niewielką ilość nowej substancji radioaktywnej, stosując te same reakcje, które są niezbędne do analitycznego oznaczenia manganu (analogicznie do pierwiastka 43). Był to nowy pierwiastek - technet. Odpowiadają dokładnie pozycji pierwiastka w układzie okresowym.

Teraz technet stał się dość przystępny: powstaje w dość dużych ilościach w reaktorach jądrowych. Technet został dobrze zbadany i jest już stosowany w praktyce.

Metoda, za pomocą której powstał pierwiastek 61, jest bardzo podobna do metody uzyskiwania technetu. Pierwiastek 61 został wyizolowany dopiero w 1945 r. z pierwiastków rozdrobnionych powstałych w reaktorze jądrowym w wyniku rozszczepienia uranu.

Ryż. 15. Schemat syntezy pierwiastka nr 61 - prometu.

Pierwiastek otrzymał symboliczną nazwę „promet”. To imię nie zostało mu nadane z prostego powodu. Symbolizuje dramatyczną drogę nauki wykradania energii rozszczepienia jądrowego z natury i opanowania tej energii (według legendy tytan Prometeusz ukradł ogień z nieba i dał go ludziom; za to został przykuty do skały i ogromnego orła dręczyły go codziennie), ale też ostrzega ludzi przed straszliwym niebezpieczeństwem militarnym.

Promet jest obecnie produkowany w znacznych ilościach: jest używany w bateriach atomowych - źródłach prądu stałego, które mogą działać bez przerwy przez wiele lat.

W podobny sposób zsyntetyzowano najcięższy halogen, ekajod, pierwiastek 85. Najpierw otrzymano go przez bombardowanie bizmutu (nr 83) jądrami helu (nr 2), przyspieszonymi w cyklotronie do wysokich energii. Nowy pierwiastek nosi nazwę astat (niestabilny). Jest radioaktywny i szybko znika. Okazało się również, że jego właściwości chemiczne dokładnie odpowiadają prawu okresowości. Jest podobny do jodu.

Ryż. 16. Schemat syntezy pierwiastka nr 85 - astatyny.

Pierwiastki transuranowe to sztucznie syntetyzowane pierwiastki chemiczne, które znajdują się w układzie okresowym po uranie. Ile jeszcze z nich zostanie zsyntetyzowanych w przyszłości, podczas gdy nikt nie może jednoznacznie odpowiedzieć.

Uran był ostatnim w naturalnej serii pierwiastków chemicznych przez długie 70 lat.

I przez cały ten czas naukowcy oczywiście martwili się pytaniem: czy pierwiastki cięższe od uranu istnieją w naturze? Dmitrij Iwanowicz uważał, że jeśli kiedykolwiek uda się znaleźć pierwiastki transuranowe w trzewiach ziemi, to ich liczba powinna zostać ograniczona. Po odkryciu radioaktywności brak takich pierwiastków w przyrodzie tłumaczono tym, że ich okresy połowicznego rozpadu są krótkie i wszystkie uległy rozkładowi, zamienione w pierwiastki lżejsze, bardzo dawno temu, na najwcześniejszych etapach ewolucji naszego planeta. Ale uran, który okazał się radioaktywny, miał tak długą żywotność, że przetrwał do naszych czasów. Dlaczego, przynajmniej dla najbliższych transuranów, natura nie mogła wygospodarować tak hojnego czasu na istnienie? Było wiele doniesień o odkryciu rzekomo nowych pierwiastków w układzie - między wodorem a uranem, ale prawie nigdy w czasopismach naukowych nie pisano o odkryciu transuranów. Naukowcy spierali się tylko, co było przyczyną przerwy w układzie okresowym uranu.

Dopiero fuzja jądrowa umożliwiła ustalenie interesujących okoliczności, których wcześniej nawet nie można było podejrzewać.

Pierwsze badania nad syntezą nowych pierwiastków chemicznych miały na celu sztuczną produkcję transuranów. O pierwszym sztucznym pierwiastku transuranowym mówiono trzy lata przed pojawieniem się technetu. Stymulującym wydarzeniem było odkrycie neutronu. pozbawiona ładunku cząstka elementarna miała ogromną siłę penetracji, mogła dotrzeć do jądra atomu bez napotykania przeszkód i powodować przemiany różnych pierwiastków. Neutrony zaczęły strzelać do celów z różnych substancji. Pionierem badań w tej dziedzinie stał się wybitny włoski fizyk E. Fermi.

Uran napromieniowany neutronami wykazywał nieznaną aktywność z krótkim okresem półtrwania. Uran-238 po wchłonięciu neutronu zamienia się w nieznany izotop pierwiastka uran-239, który jest b-radioaktywny i powinien przekształcić się w izotop pierwiastka o numerze seryjnym 93. Do podobnego wniosku doszli E. Fermi i jego koledzy.

W rzeczywistości udowodnienie, że nieznana aktywność rzeczywiście odpowiada pierwszemu pierwiastkowi transuranowemu, wymagało wiele wysiłku. Operacje chemiczne doprowadziły do ​​​​wniosku: nowy pierwiastek ma podobne właściwości do manganu, to znaczy należy do podgrupy VII b. Argument ten okazał się imponujący: w tamtym czasie (w latach 30.) prawie wszyscy chemicy wierzyli, że jeśli istnieją pierwiastki transuranowe, to przynajmniej pierwszy z nich byłby podobny D-elementy z poprzednich okresów. Był to błąd, który niewątpliwie wpłynął na bieg historii odkrycia pierwiastków cięższych od uranu.

Jednym słowem, w 1934 roku E. Fermi z przekonaniem ogłosił syntezę nie tylko pierwiastka 93, któremu nadał nazwę „ausonium”, ale także jego prawego sąsiada w układzie okresowym – „hesperium” (nr 94). Ten ostatni był produktem rozpadu b auzonu:

Byli naukowcy, którzy „ciągnęli” ten łańcuch jeszcze dalej. Wśród nich: badacze niemieccy O. Hahn, L. Meitner i F. Strassmann. Już w 1937 r. mówiono, jakby o czymś realnym, o elemencie nr 97:

Ale żaden z nowych pierwiastków nie został uzyskany w zauważalnych ilościach, nie został wyizolowany w wolnej formie. Ich syntezę oceniano na podstawie różnych znaków pośrednich.

Ostatecznie okazało się, że wszystkie te efemeryczne substancje, wzięte za pierwiastki transuranowe, to tak naprawdę pierwiastki należące... do środka układu okresowego, czyli sztuczne izotopy promieniotwórcze znanych od dawna pierwiastków chemicznych. Stało się to jasne, gdy 22 grudnia 1938 roku O. Hahn i F. Strassmann dokonali jednego z największych odkryć XX wieku. - odkrycie rozszczepienia uranu pod działaniem wolnych neutronów. Naukowcy niezbicie ustalili, że uran napromieniowany neutronami zawiera izotopy baru i lantanu. Mogłyby powstać tylko przy założeniu, że neutrony niejako rozbijają jądra uranu na kilka mniejszych fragmentów.

Mechanizm podziału wyjaśnili L. Meitner i O. Frisch. Tak zwany kroplowy model jądra już istniał: jądro atomowe porównywano do kropli cieczy. Jeśli kropli zostanie podana wystarczająca energia, jeśli zostanie wzbudzona, można ją podzielić na mniejsze krople. Podobnie jądro, wprowadzone w stan wzbudzony przez neutron, jest zdolne do rozpadu, rozpadu na mniejsze części - jądra atomów lżejszych pierwiastków.

W 1940 r. Radzieccy naukowcy G. N. Flerov i K. A. Petrzhak udowodnili, że rozszczepienie uranu może nastąpić spontanicznie. W ten sposób odkryto nowy typ przemian promieniotwórczych zachodzących w przyrodzie, spontaniczne rozszczepienie uranu. Było to niezwykle ważne odkrycie.

Błędem jest jednak uznawanie badań nad transuranami w latach 30. XX wieku za błędne.

Uran ma dwa główne naturalne izotopy: uran-238 (znacząco dominujący) i uran-235. Drugi rozszczepia się głównie pod działaniem wolnych neutronów, podczas gdy pierwszy, pochłaniając neutron, zamienia się dopiero w cięższy izotop - uran-239, i to pochłanianie jest tym intensywniejsze, im szybciej bombardują go neutrony. Dlatego w pierwszych próbach syntezy transuranów efekt spowolnienia neutronów doprowadził do tego, że przy „ostrzeliwaniu” celu wykonanego z naturalnego uranu zawierającego i , dominował proces rozszczepienia.

Ale uran-238, który pochłonął neutron, musiał zapoczątkować łańcuch powstawania pierwiastków transuranowych. Konieczne było znalezienie niezawodnego sposobu na uwięzienie atomów pierwiastka 93 w najbardziej złożonym bałaganie fragmentów rozszczepienia. Stosunkowo mniejsze w masie fragmenty te w procesie bombardowania uranu powinny były odlecieć na duże odległości (mają dłuższą drogę) niż bardzo masywne atomy pierwiastka 93.

Rozważania te opierały się na amerykańskim fizyku E. Macmillanie, który pracował na Uniwersytecie Kalifornijskim, jako podstawie swoich eksperymentów. Wiosną 1939 roku zaczął dokładnie badać rozmieszczenie fragmentów rozszczepienia uranu na całej długości tras. Udało mu się oddzielić niewielką część fragmentów o znikomej długości ścieżki. To właśnie w tej części znalazł ślady substancji radioaktywnej o okresie półtrwania 2,3 dnia i dużym natężeniu promieniowania. Takiej aktywności nie zaobserwowano w innych frakcjach fragmentów. Macmillan był w stanie wykazać, że ta substancja X jest produktem rozpadu izotopu uranu-239:

Do pracy włączył się chemik F.Bleson. Okazało się, że substancję radioaktywną o okresie półtrwania 2,3 dnia można chemicznie oddzielić od uranu i toru i nie ma ona nic wspólnego z renem. W ten sposób upadło założenie, że element 93 musi być ekskarnacją.

Udana synteza neptunu (nowy pierwiastek został nazwany na cześć planety w Układzie Słonecznym) została ogłoszona przez amerykańskie czasopismo „Physical Review” na początku 1940 roku. Tak rozpoczęła się era syntezy pierwiastków transuranowych, które okazały się bardzo ważne dla dalszego rozwoju teorii okresowości Mendelejewa.

Ryż. 17. Schemat syntezy pierwiastka nr 93 - neptunu.

Nawet okresy najdłużej żyjących izotopów pierwiastków transuranowych z reguły są znacznie gorsze od wieku Ziemi, dlatego ich istnienie w przyrodzie jest obecnie praktycznie wykluczone. Tak więc przyczyna przerwy w naturalnym szeregu pierwiastków chemicznych na uranie, pierwiastku 92, jest jasna.

Po neptunie pojawił się pluton. Został zsyntetyzowany w wyniku reakcji jądrowej:

zima 1940-1941 przez amerykańskiego naukowca G. Seaborga i współpracowników (kilka kolejnych nowych pierwiastków transuranowych zostało następnie zsyntetyzowanych w laboratorium G. Seaborga). Ale najważniejszy izotop plutonu okazał się mieć okres półtrwania wynoszący 24 360 lat. Ponadto pluton-239 pod działaniem wolnych neutronów rozszczepia się znacznie intensywniej niż

Ryż. 18. Schemat syntezy pierwiastka nr 94 - plutonu.

w latach 40. zsyntetyzowano jeszcze trzy pierwiastki cięższe od uranu: ameryk (na cześć Ameryki), kur (na cześć M. i P. Curie) oraz berkel (na cześć Berkeley w Kalifornii). Celem w reaktorach jądrowych był pluton-239 bombardowany neutronami i cząstkami a oraz ameryk (jego napromieniowanie doprowadziło do syntezy berkelu):

.

50s rozpoczęto od syntezy kalifornu (nr 98). Otrzymano go, gdy długożyciowy izotop curium-242 zgromadzono w znacznych ilościach i wykonano z niego tarczę. Reakcja nuklearna: doprowadziło do syntezy nowego pierwiastka 98.

Aby przejść w kierunku pierwiastków 99 i 100, trzeba było zadbać o to, aby zgromadzić wagowe ilości berkelium i kalifornu. Bombardowanie wykonanych z nich celów cząstkami a dało podstawę do syntezy nowych pierwiastków. Jednak okresy półtrwania (godziny i minuty) zsyntetyzowanych izotopów pierwiastków 97 i 98 były zbyt krótkie, co okazało się przeszkodą w ich gromadzeniu w wymaganych ilościach. Zaproponowano również inny sposób: długotrwałe napromienianie plutonu intensywnym strumieniem neutronów. Na wyniki trzeba było jednak czekać wiele lat (aby otrzymać jeden z izotopów berkelu w czystej postaci, tarczę plutonu naświetlano aż 6 lat!). Był tylko jeden sposób na znaczne skrócenie czasu syntezy: gwałtowne zwiększenie mocy wiązki neutronów. W laboratoriach nie było to możliwe.

Na ratunek przyszła eksplozja termojądrowa. 1 listopada 1952 roku Amerykanie zdetonowali ładunek termojądrowy na atolu Eniwetok na Oceanie Spokojnym. Na miejscu wybuchu zebrano kilkaset kilogramów gleby, zbadano próbki. Dzięki temu możliwe było wykrycie izotopów pierwiastków 99 i 100, nazwanych odpowiednio einsteinium (na cześć A. Einsteina) i fermem (na cześć E. Fermiego).

Strumień neutronów powstały podczas eksplozji okazał się bardzo silny, tak że jądra uranu-238 były w stanie pochłonąć dużą liczbę neutronów w bardzo krótkim czasie. Te superciężkie izotopy uranu w wyniku łańcuchów kolejnych rozpadów zamieniły się w izotopy einsteinu i fermu (ryc. 19).

Ryż. 19. Schemat syntezy pierwiastków nr 99 - einsteinium i nr 100 - ferm.

Mendelejew nazwał pierwiastek chemiczny nr 101, zsyntetyzowany przez amerykańskich fizyków pod kierownictwem G. Seaborga w 1955 roku. Autorzy syntezy nazwali nowy pierwiastek „w uznaniu zasług wielkiego rosyjskiego chemika, który jako pierwszy zastosował układ okresowy przewidzieć właściwości nieodkrytych pierwiastków chemicznych”. Naukowcom udało się zgromadzić wystarczającą ilość einsteinium, aby przygotować z niego cel (ilość einsteinium zmierzono w miliardach atomów); naświetlając go cząstkami a, można było obliczyć dla syntezy jąder pierwiastka 101 (ryc. 20):

Ryż. 20. Schemat syntezy pierwiastka nr 101 - mendelejewa.

Okres półtrwania powstałego izotopu okazał się znacznie dłuższy, niż sądzili teoretycy. I choć w wyniku syntezy uzyskano kilka atomów mendelejewa, okazało się, że możliwe jest badanie ich właściwości chemicznych tymi samymi metodami, które stosowano w przypadku poprzednich transuranów.

Godnej oceny prawa okresowości dokonał William Razmay, który argumentował, że prawo okresowości jest prawdziwym kompasem dla badaczy.

Minęło sporo lat od jego śmierci, a system Mendelejewa stał się najważniejszym ogniwem naszej wiedzy o świecie, w którym żyjemy, o ewolucji materii we wszechświecie, odkąd Mendelejew w swoich odkryciach naukowych, a zwłaszcza w odkrycie prawa okresowości, faktycznie zastosował dialektyczną metodę poznania zjawisk przyrody, w związku z czym został wysoko oceniony przez Fryderyka Engelsa, który oceniając prawo okresowości zauważył, że uczony zastosował nawet nieświadomie heglowskie prawo przejścia ilości w jakość, mimo to dokonał naukowego wyczynu.

Nie można studiować chemii inaczej niż w oparciu o to wszechobecne prawo. Jak śmiesznie wyglądałby podręcznik chemii bez układu okresowego pierwiastków! Musisz zrozumieć, w jaki sposób różne elementy są ze sobą powiązane i dlaczego są tak połączone. Tylko wtedy układ okresowy okaże się najbogatszym skarbnicą informacji o właściwościach pierwiastków i ich związków, skarbnicą, z którą niewiele da się porównać.

Doświadczony chemik, patrząc tylko na miejsce zajmowane przez dowolny pierwiastek w układzie, może wiele o nim powiedzieć: dany pierwiastek jest metalem lub niemetalem; czy tworzy związki z wodorkami - wodorkami; jakie tlenki są charakterystyczne dla tego pierwiastka; jakie wartościowości może wykazywać wchodząc w związki chemiczne; które związki tego pierwiastka będą stabilne, a które wręcz przeciwnie, będą kruche; z jakich związków iw jaki sposób najwygodniej i najbardziej opłaca się otrzymać ten pierwiastek w postaci wolnej. A jeśli chemik jest w stanie wydobyć wszystkie te informacje z układu okresowego, oznacza to, że dobrze go opanował.

Układ okresowy jest podstawą do otrzymywania nowych materiałów i substancji o nowych, niezwykłych, z góry określonych właściwościach, takich substancji, które są nieznane naturze. Tworzą się teraz w dużych ilościach. Stał się także wiodącym wątkiem w syntezie materiałów półprzewodnikowych. Naukowcy stwierdzili w wielu przykładach, że związki pierwiastków, które zajmują określone miejsca w układzie okresowym (głównie w jego grupach III-V) mają lub powinny mieć najlepsze właściwości półprzewodnikowe.

Nie da się postawić zadania pozyskania nowych stopów, pomijając układ okresowy. W końcu struktura i właściwości stopów są określone przez położenie metali w tabeli. Obecnie znanych jest tysiące różnych stopów.

Być może w każdej gałęzi współczesnej chemii można dostrzec odbicie prawa okresowości. Ale nie tylko chemicy pochylają głowy przed jego wielkością. W trudnym i fascynującym biznesie syntetyzowania nowych pierwiastków nie sposób obejść się bez prawa okresowości. W gwiazdach zachodzi gigantyczny naturalny proces syntezy pierwiastków chemicznych. Naukowcy nazywają ten proces nukleosyntezą.

Do tej pory naukowcy nie mają pojęcia, w jaki sposób, w wyniku jakich kolejnych reakcji jądrowych powstały znane nam pierwiastki chemiczne. Istnieje wiele hipotez dotyczących nukleosyntezy, ale nie ma jeszcze pełnej teorii. Można jednak śmiało powiedzieć, że nawet najbardziej nieśmiałe przypuszczenia dotyczące sposobu powstania pierwiastków byłyby niemożliwe bez uwzględnienia sekwencyjnego ułożenia pierwiastków w układzie okresowym. Regularności okresowości jądrowej, struktury i właściwości jąder atomowych leżą u podstaw różnych reakcji nukleosyntezy.

Długo zajęłoby wyliczenie tych dziedzin ludzkiej wiedzy i praktyki, w których Wielkie Prawo i system elementów odgrywają ważną rolę. I prawdę mówiąc, nie wyobrażamy sobie nawet pełnej skali teorii okresowości Mendelejewa. Wiele razy nadal będzie migać przed naukowcami ze swoimi nieoczekiwanymi aspektami.

Mendelejew jest niewątpliwie jednym z największych chemików na świecie. Chociaż od jego prawa minęło ponad sto lat, nikt nie wie, kiedy cała treść słynnego układu okresowego zostanie w pełni zrozumiana.

Ryż. 21. Zdjęcie Dmitrija Iwanowicza Mendelejewa.

Ryż. 22. Rosyjskie Towarzystwo Chemiczne pod przewodnictwem

1. Petryanov I. V., Trifonov D. N. „Wielkie prawo”

Moskwa, Pedagogika, 1984

2. Kedrov B. M. „Prognozy D. I. Mendelejewa w atomistyce”

Moskwa, Atomizdat, 1977

3. Agafoshin N. P. „Prawo okresowe i układ okresowy elementów D. I. Mendelejewa” Moskwa, „Oświecenie”, 1973

4. „D. I. Mendelejew we wspomnieniach współczesnych „Moskwa”, „Atomizdat”, 1973

5. Volkov V. A. Informator biograficzny „Wybitni chemicy świata” Moskwa, „Szkoła wyższa”, 1991

6. Bogolyubova L. N. „Biografie wielkich chemików” Moskwa, „Oświecenie”, 1997

7. Ivanova L. F., Egorova E. N. encyklopedia komputerowa „Wszystko o wszystkim” Moskwa, „Mnemozina”, 2001

8. Encyklopedia dla dzieci Summ L. B. „Znam świat. Chemia" Moskwa, "Olimp", 1998

Odkrycie tablicy okresowych pierwiastków chemicznych było jednym z ważnych kamieni milowych w historii rozwoju chemii jako nauki. Pionierem stołu był rosyjski naukowiec Dmitrij Mendelejew. Niezwykły naukowiec o najszerszych horyzontach naukowych zdołał połączyć wszystkie idee dotyczące natury pierwiastków chemicznych w jedną spójną koncepcję.

O historii odkrycia tablicy pierwiastków okresowych, ciekawych faktach związanych z odkryciem nowych pierwiastków i opowieściach ludowych, które otaczały Mendelejewa i stworzoną przez niego tablicę pierwiastków chemicznych, M24.RU opowie w tym artykule.

Historia otwarcia stołu

Do połowy XIX wieku odkryto 63 pierwiastki chemiczne, a naukowcy z całego świata wielokrotnie próbowali połączyć wszystkie istniejące pierwiastki w jedną koncepcję. Zaproponowano, aby pierwiastki uszeregować rosnąco według masy atomowej i podzielić na grupy według podobieństwa właściwości chemicznych.

W 1863 roku chemik i muzyk John Alexander Newland zaproponował swoją teorię, proponując układ pierwiastków chemicznych podobny do odkrytego przez Mendelejewa, jednak praca naukowca nie została potraktowana poważnie przez środowisko naukowe ze względu na to, że autor był porywa poszukiwanie harmonii i połączenie muzyki z chemią.

W 1869 roku Mendelejew opublikował swój schemat układu okresowego pierwiastków w czasopiśmie Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego i rozesłał zawiadomienie o odkryciu do czołowych naukowców świata. W przyszłości chemik wielokrotnie udoskonalał i ulepszał schemat, aż uzyskał znaną mu formę.

Istotą odkrycia Mendelejewa jest to, że wraz ze wzrostem masy atomowej właściwości chemiczne pierwiastków nie zmieniają się monotonnie, ale okresowo. Po określonej liczbie elementów o różnych właściwościach właściwości zaczynają się powtarzać. Tak więc potas jest podobny do sodu, fluor do chloru, a złoto do srebra i miedzi.

W 1871 roku Mendelejew ostatecznie połączył te idee w prawo okresowości. Naukowcy przewidzieli odkrycie kilku nowych pierwiastków chemicznych i opisali ich właściwości chemiczne. Następnie obliczenia chemika zostały w pełni potwierdzone - gal, skand i german w pełni odpowiadały właściwościom, które przypisał im Mendelejew.

Opowieści o Mendelejewie

O słynnym naukowcu i jego odkryciach krążyło wiele opowieści. Ludzie w tamtych czasach nie mieli pojęcia o chemii i wierzyli, że robienie chemii to coś w rodzaju jedzenia zupy niemowlętom i kradzieży na skalę przemysłową. Dlatego działalność Mendelejewa szybko nabrała masy plotek i legend.

Jedna z legend głosi, że Mendelejew odkrył we śnie tablicę pierwiastków chemicznych. Przypadek nie jedyny, August Kekule, który marzył o formule pierścienia benzenowego, tak samo mówił o swoim odkryciu. Jednak Mendelejew tylko śmiał się z krytyków. „Myślałem o tym może ze dwadzieścia lat, a ty mówisz: siedziałem nagle… gotowy!”, powiedział kiedyś naukowiec o swoim odkryciu.

Inna historia przypisuje Mendelejewowi odkrycie wódki. W 1865 r. wielki naukowiec obronił rozprawę na temat „Dyskurs o połączeniu alkoholu z wodą”, co natychmiast dało początek nowej legendzie. Współcześni chemikowi śmiali się, mówiąc, że naukowiec „dobrze sobie radzi pod wpływem alkoholu zmieszanego z wodą”, a kolejne pokolenia już nazywały Mendelejewa odkrywcą wódki.

Śmiali się też ze sposobu życia naukowca, a zwłaszcza z tego, że Mendelejew wyposażył swoje laboratorium w dziuplę ogromnego dębu.

Również współcześni dokuczali pasji Mendelejewa do walizek. Naukowiec w czasie swojej mimowolnej bezczynności w Symferopolu był zmuszony spędzać czas na tkaniu walizek. W przyszłości samodzielnie wykonywał kartonowe pojemniki na potrzeby laboratorium. Pomimo wyraźnie „amatorskiego” charakteru tego hobby, Mendelejewa często nazywano „mistrzem walizek”.

Odkrycie radu

Z odkryciem radu związana jest jedna z najtragiczniejszych i zarazem najsłynniejszych kart w historii chemii oraz pojawienie się nowych pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków. Nowy pierwiastek chemiczny odkryli małżonkowie Marie i Pierre Curie, którzy odkryli, że odpady pozostałe po oddzieleniu uranu od rudy uranu są bardziej promieniotwórcze niż czysty uran.

Ponieważ nikt wtedy nie wiedział, czym jest radioaktywność, plotka szybko przypisywała nowemu pierwiastkowi właściwości lecznicze i zdolność leczenia niemal wszystkich znanych nauce chorób. Rad był zawarty w produktach spożywczych, pastach do zębów, kremach do twarzy. Bogaci nosili zegarki, których tarcze malowano farbą zawierającą rad. Pierwiastek promieniotwórczy polecany był jako środek poprawiający potencję i łagodzący stres.

Taka „produkcja” trwała całe dwadzieścia lat – aż do lat 30. XX wieku, kiedy to naukowcy odkryli prawdziwe właściwości promieniotwórczości i przekonali się, jak szkodliwy jest wpływ promieniowania na organizm ludzki.

Marie Curie zmarła w 1934 roku na chorobę popromienną spowodowaną długotrwałym narażeniem na rad.

Nebulium i Koronium

Układ okresowy nie tylko uporządkował pierwiastki chemiczne w jeden spójny układ, ale także umożliwił przewidzenie wielu odkryć nowych pierwiastków. Jednocześnie niektóre „pierwiastki” chemiczne uznano za nieistniejące na tej podstawie, że nie mieściły się w pojęciu prawa okresowości. Najbardziej znaną historią jest „odkrycie” nowych pierwiastków nebulium i koronium.

Podczas badania atmosfery słonecznej astronomowie odkryli linie widmowe, których nie mogli zidentyfikować z żadnym pierwiastkiem chemicznym znanym na Ziemi. Naukowcy zasugerowali, że linie te należą do nowego pierwiastka, który nazwano koroną (bo linie odkryto podczas badania "korony" Słońca - zewnętrznej warstwy atmosfery gwiazdy).

Kilka lat później astronomowie dokonali kolejnego odkrycia, badając widma mgławic gazowych. Odkryte linie, których ponownie nie można było utożsamiać z niczym ziemskim, przypisywano innemu pierwiastkowi chemicznemu - nebulium.

Odkrycia spotkały się z krytyką, ponieważ w układzie okresowym Mendelejewa nie było już miejsca na pierwiastki o właściwościach nebulium i koronium. Po sprawdzeniu okazało się, że nebulium to zwykły ziemski tlen, a koronium to silnie zjonizowane żelazo.

Materiał powstał na podstawie informacji z otwartych źródeł. Przygotowane przez Wasilija Makagonova @vmakagonov

ODKRYCIE PRAWA OKRESOWEGO

Prawo okresowości zostało odkryte przez DI Mendelejewa podczas pracy nad tekstem podręcznika „Podstawy chemii”, kiedy napotkał trudności w usystematyzowaniu materiału faktograficznego. Do połowy lutego 1869 r., zastanawiając się nad strukturą podręcznika, naukowiec stopniowo doszedł do wniosku, że właściwości substancji prostych i masy atomowe pierwiastków łączy pewien wzór.

Odkrycie układu okresowego pierwiastków nie było przypadkowe, było wynikiem ogromnej, długiej i żmudnej pracy, którą poświęcił zarówno sam Dmitrij Iwanowicz, jak i wielu chemików spośród jego poprzedników i współczesnych. „Kiedy zacząłem finalizować moją klasyfikację pierwiastków, zapisałem na osobnych kartach każdy pierwiastek i jego związki, a następnie, układając je w kolejności grup i rzędów, otrzymałem pierwszą wizualną tablicę prawa okresowego. Ale to był dopiero końcowy akord, efekt wszystkich wcześniejszych prac… ”- powiedział naukowiec. Mendelejew podkreślał, że jego odkrycie było wynikiem dopełnienia dwudziestu lat myślenia o relacjach między elementami, myślenia ze wszystkich stron relacji elementów.

W dniu 17 lutego (1 marca) rękopis artykułu, zawierający tabelę zatytułowaną „Eksperyment nad układem pierwiastków opartym na ich masie atomowej i podobieństwie chemicznym”, został ukończony i przekazany do druku z adnotacjami dla kompozytorów i datą „17 lutego 1869”. Raport o odkryciu Mendelejewa został sporządzony przez redaktora Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego, profesora N. A. Mienszutkina, na posiedzeniu towarzystwa w dniu 22 lutego (6 marca) 1869 r. Sam Mendelejew nie był obecny na posiedzeniu, ponieważ w tym czasie swego czasu, na polecenie Wolnego Towarzystwa Ekonomicznego, zbadał fabryki serów w guberniach twerskiej i nowogrodzkiej.

W pierwszej wersji systemu elementy zostały ułożone przez naukowców w dziewiętnaście poziomych rzędów i sześć pionowych kolumn. 17 lutego (1 marca) odkrycie prawa okresowości bynajmniej nie zostało zakończone, ale dopiero się rozpoczęło. Dmitrij Iwanowicz kontynuował swój rozwój i pogłębianie przez prawie trzy lata. W 1870 roku Mendelejew opublikował drugą wersję systemu ( Naturalny układ pierwiastków ) w Podstawach chemii : poziome kolumny analogicznych pierwiastków zamienione w osiem pionowo ułożonych grup; sześć pionowych kolumn pierwszej wersji zamieniło się w okresy rozpoczynające się od metalu alkalicznego, a kończące na halogenie. Każdy okres podzielono na dwa rzędy; elementy różnych rzędów wchodzących w skład grupy tworzyły podgrupy.

Istotą odkrycia Mendelejewa było to, że wraz ze wzrostem masy atomowej pierwiastków chemicznych ich właściwości nie zmieniają się monotonnie, ale okresowo. Po pewnej liczbie pierwiastków o różnych właściwościach, ułożonych w rosnącej masie atomowej, właściwości zaczynają się powtarzać. Różnica między pracą Mendelejewa a pracami jego poprzedników polegała na tym, że Mendelejew miał nie jedną, ale dwie podstawy klasyfikacji pierwiastków - masę atomową i podobieństwo chemiczne. Aby okresowość była w pełni przestrzegana, Mendelejew skorygował masy atomowe niektórych pierwiastków, umieścił kilka pierwiastków w swoim układzie wbrew przyjętym wówczas poglądom o ich podobieństwie do innych, pozostawił puste pola w tabeli, w których pierwiastki jeszcze nie odkryte powinien był być umieszczony.

W 1871 r. na podstawie tych prac Mendelejew sformułował Prawo okresowe, którego forma została z czasem nieco ulepszona.

Układ okresowy pierwiastków miał ogromny wpływ na dalszy rozwój chemii. Była to nie tylko pierwsza naturalna klasyfikacja pierwiastków chemicznych, która wykazała, że ​​tworzą one spójny system i są ze sobą w ścisłym związku, ale była też potężnym narzędziem do dalszych badań. W czasie, gdy Mendelejew układał swoją tablicę na podstawie odkrytego przez siebie prawa okresowości, wiele elementów było jeszcze nieznanych. Mendelejew był nie tylko przekonany, że muszą istnieć pierwiastki jeszcze nieznane, aby wypełnić te miejsca, ale także z góry przewidział właściwości takich pierwiastków, opierając się na ich położeniu wśród innych elementów układu okresowego. W ciągu następnych 15 lat przewidywania Mendelejewa znakomicie się potwierdziły; odkryto wszystkie trzy oczekiwane pierwiastki (Ga, Sc, Ge), co było największym triumfem prawa okresowości.

DI. Mendelejew przekazał manuskrypt „Doświadczenie systemu pierwiastków na podstawie ich masy atomowej i podobieństwa chemicznego” // Biblioteka Prezydencka // Dzień w historii http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid =1006

ROSYJSKIE TOWARZYSTWO CHEMICZNE

Rosyjskie Towarzystwo Chemiczne to organizacja naukowa założona na Uniwersytecie w Petersburgu w 1868 roku i była dobrowolnym stowarzyszeniem rosyjskich chemików.

Potrzebę powołania Towarzystwa ogłoszono na I Zjeździe Rosyjskich Przyrodników i Lekarzy, który odbył się w Petersburgu na przełomie grudnia 1867 r. – początku stycznia 1868 r. Na Zjeździe ogłoszono decyzję uczestników Sekcji Chemicznej:

Sekcja Chemii zadeklarowała jednomyślną chęć zjednoczenia się w Towarzystwie Chemicznym w celu komunikacji utworzonych już sił chemików rosyjskich. Sekcja uważa, że ​​to stowarzyszenie będzie miało członków we wszystkich miastach Rosji, a jego publikacja obejmie prace wszystkich rosyjskich chemików, drukowane w języku rosyjskim.

W tym czasie towarzystwa chemiczne powstały już w kilku krajach europejskich: Londyńskie Towarzystwo Chemiczne (1841), Francuskie Towarzystwo Chemiczne (1857), Niemieckie Towarzystwo Chemiczne (1867); Amerykańskie Towarzystwo Chemiczne zostało założone w 1876 roku.

Statut Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego, sporządzony głównie przez D. I. Mendelejewa, został zatwierdzony przez Ministerstwo Oświaty 26 października 1868 r., a pierwsze posiedzenie Towarzystwa odbyło się 6 listopada 1868 r. Początkowo w jego skład wchodziło 35 chemików z Petersburg, Kazań, Moskwa, Warszawa, Kijów, Charków i Odessa. Pierwszym prezesem RCS był N. N. Zinin, sekretarzem był N. A. Menshutkin. Członkowie towarzystwa opłacali składki członkowskie (10 rubli rocznie), przyjmowanie nowych członków odbywało się tylko na podstawie rekomendacji trzech dotychczasowych. W pierwszym roku istnienia RCS powiększyło się z 35 do 60 członków iw kolejnych latach rosło płynnie (129 w 1879, 237 w 1889, 293 w 1899, 364 w 1909, 565 w 1917).

W 1869 r. Rosyjskie Towarzystwo Chemiczne otrzymało własny drukowany organ - Dziennik Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego (ZhRHO); pismo ukazywało się 9 razy w roku (miesięcznik, z wyjątkiem miesięcy letnich). Od 1869 do 1900 redaktorem ZhRHO był N. A. Menshutkin, a od 1901 do 1930 - A. E. Favorsky.

W 1878 r. RCS połączyło się z Rosyjskim Towarzystwem Fizycznym (założonym w 1872 r.), Tworząc Rosyjskie Towarzystwo Fizyczno-Chemiczne. Pierwszymi prezesami RFHO byli AM Butlerow (w latach 1878–1882) i D. I. Mendelejew (w latach 1883–1887). W związku z fuzją w 1879 r. (od tomu 11) zmieniono nazwę Czasopisma Rosyjskiego Towarzystwa Chemicznego na Czasopismo Rosyjskiego Towarzystwa Fizyczno-Chemicznego. Cykliczność publikacji wynosiła 10 numerów rocznie; Czasopismo składało się z dwóch części – chemicznej (LRHO) i fizycznej (LRFO).

Po raz pierwszy na łamach ZhRHO opublikowano wiele prac klasyków rosyjskiej chemii. Na szczególną uwagę zasługują prace D. I. Mendelejewa dotyczące stworzenia i rozwoju układu okresowego pierwiastków oraz A. M. Butlerowa, związane z rozwojem jego teorii budowy związków organicznych; badania N. A. Mieńszutkina, DP Konowałowa, NS Kurnakowa i L. A. Czugajewa w dziedzinie chemii nieorganicznej i fizycznej; VV Markovnikov, EE Vagner, AM Zaitsev, SN Reformatsky, AE Favorsky, ND Zelinsky, SV Lebedev i AE Arbuzov w dziedzinie chemii organicznej. W okresie od 1869 do 1930 r. w ZhRHO opublikowano 5067 oryginalnych prac chemicznych, streszczenia i artykuły przeglądowe dotyczące niektórych zagadnień chemii, a także przekłady najciekawszych prac z czasopism zagranicznych.

RFHO został założycielem Kongresów Mendelejewa z Chemii Ogólnej i Stosowanej; pierwsze trzy kongresy odbyły się w Petersburgu w 1907, 1911 i 1922 roku. W 1919 r. wydawanie ZhRFKhO zostało zawieszone i wznowione dopiero w 1924 r.