Historien om upptäckten av den periodiska lagen och det periodiska systemet av kemiska grundämnen. Upptäckten av den periodiska lagen för kemiska grundämnen av D.I.

2.2. Historien om skapandet av det periodiska systemet.

Vintern 1867-68 började Mendeleev skriva läroboken "Fundamentals of Chemistry" och stötte omedelbart på svårigheter med att systematisera faktamaterialet. I mitten av februari 1869, när han funderade över lärobokens struktur, kom han gradvis till slutsatsen att egenskaperna hos enkla ämnen (och detta är formen av existensen av kemiska element i ett fritt tillstånd) och atommassorna av element är sammankopplade med ett visst mönster.

Mendeleev visste inte mycket om sina föregångares försök att ordna kemiska grundämnen i ordning efter ökande atommassor och om de incidenter som uppstod i detta fall. Han hade till exempel nästan ingen information om Chancourtois, Newlands och Meyers arbete.

Det avgörande skedet för hans tankar kom den 1 mars 1869 (14 februari, gammal stil). En dag tidigare skrev Mendeleev en begäran om ledighet i tio dagar för att undersöka artelostmejerier i Tver-provinsen: han fick ett brev med rekommendationer för att studera ostproduktion från A.I. Khodnev, en av ledarna för Free Economic Society.

I S:t Petersburg den dagen var det molnigt och frostigt. Träden i universitetsträdgården, där fönstren i Mendeleevs lägenhet förbises, knarrade i vinden. Medan han fortfarande låg i sängen drack Dmitry Ivanovich en mugg varm mjölk, reste sig sedan upp, tvättade ansiktet och gick till frukost. Han var på ett underbart humör.

Vid frukosten fick Mendeleev en oväntad idé: att jämföra de liknande atommassorna för olika kemiska element och deras kemiska egenskaper. Utan att tänka två gånger skrev han på baksidan av Khodnevs brev ner symbolerna för klor Cl och kalium K med ganska nära atommassor, lika med 35,5 respektive 39 (skillnaden är bara 3,5 enheter). På samma brev skissade Mendeleev symboler för andra element och letade efter liknande "paradoxala" par bland dem: fluor F och natrium Na, brom Br och rubidium Rb, jod I och cesium Cs, för vilka massaskillnaden ökar från 4,0 till 5,0 , och sedan upp till 6.0. Mendeleev kunde då inte ha vetat att den "obestämda zonen" mellan uppenbara icke-metaller och metaller innehöll grundämnen - ädelgaser, vars upptäckt senare avsevärt skulle ändra det periodiska systemet.

Efter frukost låste Mendeleev in sig på sitt kontor. Han tog fram en bunt visitkort från skrivbordet och började skriva på baksidan av elementens symboler och deras huvudsakliga kemiska egenskaper. Efter en tid hörde hushållet ljudet komma från kontoret: "Oooh! Horned one. Wow, vilken horned one! Jag kommer att besegra dem. Jag dödar dem!" Dessa utrop innebar att Dmitrij Ivanovich hade kreativ inspiration. Mendeleev flyttade kort från en horisontell rad till en annan, styrd av värdena för atommassa och egenskaperna hos enkla ämnen som bildas av atomer av samma element. Återigen kom en grundlig kunskap om oorganisk kemi till hans hjälp. Gradvis började formen av det framtida periodiska systemet för kemiska grundämnen att växa fram. Så först satte han ett kort med grundämnet beryllium Be (atommassa 14) bredvid ett kort med grundämnet aluminium Al (atommassa 27,4), enligt dåtidens tradition, och misstog beryllium för en analog av aluminium. Men sedan, efter att ha jämfört de kemiska egenskaperna, placerade han beryllium över magnesium Mg. Han tvivlade på det då allmänt accepterade värdet av berylliums atommassa, ändrade det till 9,4 och ändrade formeln för berylliumoxid från Be 2 O 3 till BeO (som magnesiumoxid MgO). Förresten bekräftades det "korrigerade" värdet av atommassan av beryllium bara tio år senare. Han agerade lika djärvt vid andra tillfällen.

Gradvis kom Dmitry Ivanovich till den slutliga slutsatsen att element ordnade i ökande ordning av sina atommassor uppvisar en tydlig periodicitet av fysikaliska och kemiska egenskaper. Under hela dagen arbetade Mendeleev med systemet av element, avbröt en kort stund för att leka med sin dotter Olga och äta lunch och middag.

På kvällen den 1 mars 1869 skrev han om den tabell han hade sammanställt fullständigt och under titeln "Erfarenhet av ett system av grundämnen baserat på deras atomvikt och kemiska likhet" skickade han den till tryckeriet och gjorde anteckningar för sättare. och sätta datumet "17 februari 1869" (detta är den gamla stilen).

Så upptäcktes den periodiska lagen, vars moderna formulering är följande: Egenskaperna hos enkla ämnen, såväl som formerna och egenskaperna hos sammansättningar av element, är periodvis beroende av laddningen av kärnorna i deras atomer.

Mendeleev skickade tryckta ark med elementtabellen till många inhemska och utländska kemister och lämnade först efter det S:t Petersburg för att inspektera ostfabriker.

Innan han lämnade lyckades han fortfarande överlämna till N.A. Menshutkin, en organisk kemist och framtida kemihistoriker, manuskriptet till artikeln "Förhållandet mellan egenskaper och grundämnenas atomvikt" - för publicering i Journal of the Russian Chemical Society och för kommunikation vid sällskapets kommande möte.

Den 18 mars 1869 gjorde Menshutkin, som var företagets kontorist vid den tiden, en kort rapport om den periodiska lagen på uppdrag av Mendeleev. Rapporten väckte till en början inte mycket uppmärksamhet från kemister, och presidenten för Russian Chemical Society, akademikern Nikolai Zinin (1812-1880) konstaterade att Mendeleev inte gjorde vad en riktig forskare borde göra. Det är sant att två år senare, efter att ha läst Dmitry Ivanovichs artikel "The Natural System of Elements and its application to indicating the Properties of Some Elements", ändrade Zinin sig och skrev till Mendeleev: "Mycket, mycket bra, mycket utmärkta förbindelser, till och med roligt att läsa, Gud ge dig lycka till med experimentell bekräftelse av dina slutsatser. Din uppriktiga hängivna och djupt respektfulla N. Zinin." Mendelejev placerade inte alla element i ordning efter ökande atommassor; i vissa fall var han mer vägledd av likheten mellan kemiska egenskaper. Således är atommassan för kobolt Co större än den för nickel Ni, och tellur Te är också större än den för jod I, men Mendeleev placerade dem i ordningen Co - Ni, Te - I och inte vice versa. Annars skulle tellur falla in i halogengruppen, och jod skulle bli en släkting till selen Se.

Till min fru och mina barn. Eller kanske visste han att han var döende, men ville inte i förväg störa och oroa familjen, som han älskade varmt och ömt.” Klockan 05:20 Den 20 januari 1907 dog Dmitry Ivanovich Mendeleev. Han begravdes på Volkovskoye-kyrkogården i Sankt Petersburg, inte långt från hans mor och son Vladimirs gravar. 1911, på initiativ av avancerade ryska forskare, organiserades D.I.-museet. Mendeleev, där...

Moskvas tunnelbanestation, forskningsfartyg för oceanografisk forskning, 101:a kemiska elementet och mineral - mendeleevit. Rysktalande vetenskapsmän och skojare frågar ibland: "Är inte Dmitrij Ivanovitj Mendelejev en jude, det är ett väldigt konstigt efternamn, kom det inte från efternamnet "Mendel"?" Svaret på denna fråga är extremt enkelt: "Alla fyra söner till Pavel Maksimovich Sokolov, ...

Lyceumexamen, vid vilken gamle Derzhavin välsignade den unge Pushkin. Mätarens roll råkade spelas av akademikern Yu.F. Fritzsche, en berömd specialist inom organisk kemi. Kandidatens avhandling D.I. Mendeleev tog examen från Main Pedagogical Institute 1855. Hans avhandling "Isomorfism i samband med andra relationer av kristallin form till komposition" blev hans första stora vetenskapliga...

Främst på frågan om kapilläritet och ytspänning av vätskor, och tillbringade sina fritidstimmar i kretsen av unga ryska vetenskapsmän: S.P. Botkina, I.M. Sechenova, I.A. Vyshnegradsky, A.P. Borodin m.fl.. 1861 återvände Mendeleev till S:t Petersburg, där han återupptog att föreläsa om organisk kemi vid universitetet och gav ut en lärobok, anmärkningsvärd för den tiden: "Organic Chemistry", i...

I boken av den framstående sovjetiske kemihistorikern N.F. Figurovsky "Essaj om kemins allmänna historia. Utvecklingen av klassisk kemi under 1800-talet" (M., Nauka, 1979). De viktigaste perioderna för upptäckt av 63 kemiska element ges från antiken till 1869 - året för upprättandet av den periodiska lagen av Dmitry Ivanovich Mendeleev (1834-1907):

1. Den äldsta perioden (från 5:e årtusendet f.Kr. till 1200 e.Kr.).

Denna långa period går tillbaka till människans bekantskap med antikens 7 metaller - guld, silver, koppar, bly, tenn, järn och kvicksilver. Förutom dessa elementära ämnen var svavel och kol känt i gamla tider, som förekom i naturen i ett fritt tillstånd.

2. Alkemisk period.

Under denna period (från 1200 till 1600) etablerades förekomsten av flera element, isolerade antingen i processen med alkemiska sökningar efter sätt att transmutera metaller, eller i processerna för metallproduktion och bearbetning av olika malmer av hantverkare metallurger. Dessa inkluderar arsenik, antimon, vismut, zink, fosfor.

3. Perioden för uppkomsten och utvecklingen av teknisk kemi (slutet av 1600-talet - 1751).

Vid denna tidpunkt, som ett resultat av den praktiska studien av egenskaperna hos olika metallmalmer och att övervinna de svårigheter som uppstod vid isolering av metaller, såväl som upptäckter under mineralogiska expeditioner, etablerades förekomsten av platina, kobolt och nickel.

4. Den kemisk-analytiska periodens första skede i kemins utveckling (1760-1805). Under denna period, med hjälp av kvalitativa och gravimetriska kvantitativa analyser, upptäcktes ett antal grundämnen, några av dem endast i form av "jordar": magnesium, kalcium (som fastställer skillnaden mellan kalk och magnesiumoxid), mangan, barium ( baryt), molybden, volfram, tellur, uran (oxid), zirkonium (jord), strontium (jord), titan (oxid), krom, beryllium (oxid), yttrium (jord), tantal (jord), cerium (jord) fluor (fluorvätesyra), palladium, rodium, osmium och iridium.

5. Stadium av pneumatisk kemi. Vid denna tidpunkt (1760-1780) upptäcktes de gasformiga elementen - väte, kväve, syre och klor (det senare ansågs vara ett komplext ämne - oxiderad saltsyra fram till 1809).

6. Stadiet för att erhålla element i ett fritt tillstånd genom elektrolys (G. Davy, 1807-1808) och kemiskt: kalium, natrium, kalcium, strontium, barium och magnesium. Alla var dock tidigare kända i form av "brandbeständiga" (frätande) alkalier och alkaliska jordartsmetaller, eller mjuka alkalier.

7. Det andra stadiet av den kemisk-analytiska perioden i kemins utveckling (1805-1850). Vid denna tidpunkt, som ett resultat av förbättringen av metoder för kvantitativ analys och utvecklingen av en systematisk kurs av kvalitativ analys, bor, litium, kadmium, selen, kisel, brom, aluminium, jod, torium, vanadin, lantan (jord) , erbium (jord), terbium (jord) upptäcktes ), rutenium, niob.

8. Perioden för upptäckt av grundämnen med hjälp av spektralanalys, omedelbart efter utvecklingen och införandet av denna metod i praktiken (1860-1863): cesium, rubidium, tallium och indium."

Som bekant sammanställdes den första ”Table of Simple Bodies” i kemins historia av A. Lavoisier 1787. Alla enkla ämnen delades in i fyra grupper: ”I. Enkla ämnen, representerade i alla tre naturriken, som kan betraktas som element i kroppar: 1) ljus, 2) kalori, 3) syre, 4) kväve, 5) väte II. Enkla icke-metalliska ämnen som oxiderar och ger syror: 1) antimon, 2) fosfor, 3 ) kol, 4) mursyraradikal, 5) fluorvätesyraradikal, 6) borsyraradikal III. Enkla metallämnen som oxideras och ger syror: 1) antimon, 2) silver, 3) arsenik, 4) vismut, 5) kobolt, 6) koppar, 7) tenn, 8) järn, 9) mangan, 10) kvicksilver, 11) molybden, 12) nickel, 13) guld, 14) platina, 15) bly, 16) volfram, 17) zink IV Enkla ämnen, saltbildande och jordnära: 1) kalk (kalkjord), 2) magnesiumoxid (magnesiumsulfatbas), 3) baryt (tung jord), 4) aluminiumoxid (lera, alunjord), 5) kiseldioxid (kiselhaltig) jorden)."

Denna tabell utgjorde grunden för den kemiska nomenklatur som utvecklats av Lavoisier. D. Dalton introducerade i vetenskapen den viktigaste kvantitativa egenskapen hos atomer av kemiska element - den relativa vikten av atomer eller atomvikt.

När de letade efter mönster i egenskaperna hos atomer av kemiska element, uppmärksammade forskare först och främst arten av förändringar i atomvikter. Åren 1815-1816 Den engelske kemisten W. Prout (1785-1850) publicerade två anonyma artiklar i Annals of Philosophy, där idén uttrycktes och underbyggdes att atomvikterna för alla kemiska grundämnen är heltal (dvs. multiplar av vätgas atomvikt, vilket antogs då vara lika med enhet): "Om de åsikter som vi har bestämt oss för att uttrycka är korrekta, så kan vi nästan anse att de gamlas huvudämne förkroppsligades i väte...". Prouts hypotes var mycket frestande och gjorde att många experimentella studier genomfördes för att så exakt som möjligt bestämma atomvikterna för kemiska grundämnen.

År 1829 jämförde den tyske kemisten I. Debereiner (1780-1849) atomvikterna för liknande kemiska grundämnen: litium, kalcium, klor, svavel, mangan, natrium, strontium, brom, selen, krom, kalium, barium, jod, tellur , Järn fann att atomvikten för det mellersta elementet är lika med halva summan av atomvikterna för de yttersta elementen. Sökandet efter nya triader ledde L. Gmelin (1788-1853) - författaren till den världsberömda referenshandboken om kemi - till upprättandet av många grupper av liknande element och till skapandet av deras unika klassificering.

På 60-talet På 1800-talet gick forskare vidare till att själva jämföra grupper av kemiskt likartade grundämnen. Således arrangerade professorn vid Paris gruvskola A. Chancourtois (1820-1886) alla kemiska grundämnen på cylinderns yta i ökande ordning efter deras atomvikter för att bilda en "helixlinje". Med detta arrangemang föll liknande element ofta på samma vertikala linje. År 1865 publicerade den engelske kemisten D. Newlands (1838-1898) en tabell som innehöll 62 kemiska grundämnen. Elementen var ordnade och numrerade i ordning efter ökande atomvikter.

Newlands använde numrering för att understryka att vart sjunde element de kemiska elementens egenskaper upprepades. När han diskuterade Newlands nya artikel vid London Chemical Society 1866 (den rekommenderades inte för publicering), frågade professor J. Foster sarkastiskt: "Har du försökt ordna elementen i alfabetisk ordning efter deras namn och har du lagt märke till några nya mönster ?

1868 föreslog den engelske kemisten W. Olding (1829-1921) en tabell som enligt författaren visade på ett naturligt samband mellan alla grundämnen.

År 1864 sammanställde den tyske professorn L. Mayer (1830-1895) en tabell över 44 kemiska grundämnen (av 63 kända).

För att bedöma denna period skrev D.I. Mendeleev: "Det finns inte en enda allmän naturlag som skulle fastställas omedelbart; dess godkännande föregås alltid av många föraningar, och erkännande av lagen kommer inte när den är fullt realiserad i all sin mening, men endast efter bekräftelse av dess konsekvenser genom experiment, som naturvetare måste erkänna som den högsta auktoriteten för sina överväganden och åsikter."

År 1868 började D.I. Mendeleev arbeta på kursen "Kemins grunder". För det mest logiska arrangemanget av materialet var det nödvändigt att på något sätt klassificera de 63 kemiska elementen. Den första varianten av det periodiska systemet för kemiska grundämnen föreslogs av D.I. Mendeleev i mars 1869.

Två veckor senare, vid ett möte med Russian Chemical Society, lästes Mendeleevs rapport "Förhållandet mellan egenskaper och grundämnenas atomvikt", där möjliga principer för klassificering av kemiska grundämnen diskuterades:

1) enligt deras förhållande till väte (hydriderformler); 2) i deras förhållande till syre (formler för högre syreoxider); 3) genom valens; 4) efter atomvikt.

Sedan, under de kommande åren (1869-1871), studerade Mendeleev och kontrollerade igen de mönster och "inkonsekvenser" som märktes i den första versionen av "System of Elements". Som en sammanfattning av detta arbete skrev D.I. Mendeleev: "När atomvikten ökar, har grundämnena först fler och fler variabla egenskaper, och sedan upprepas dessa egenskaper igen i en ny ordning, i en ny linje och i ett antal element och i samma sekvens, som i föregående serie. Därför kan periodicitetslagen formuleras på följande sätt: "Egenskaperna hos elementen, och därför egenskaperna hos de enkla och komplexa kroppar de bildar, är periodiskt beroende (dvs. de upprepar sig) korrekt) på deras atomvikt.” Lagar naturen tolererar inte undantag... Godkännandet av en lag är endast möjligt genom att härleda konsekvenser från den, som är omöjliga och oväntade utan den, och motiveringen av dessa konsekvenser och experimentell verifiering Därför, efter att ha sett den periodiska lagen, har jag för min del (1869-1871) härlett från Den har sådana logiska konsekvenser som kan visa om den är sann eller inte. Dessa inkluderar förutsägelsen av egenskaperna hos oupptäckta element och korrigeringen av atomvikterna för många, få grundämnen som undersöktes vid den tiden... Du behöver en sak - eller anser att den periodiska lagen är helt sann och utgör ett nytt instrument för kemisk kunskap, eller förkasta den."

Under 1872-1874. Mendeleev började ta itu med andra problem, och i den kemiska litteraturen nämndes nästan inget om den periodiska lagen.

År 1875 rapporterade den franske kemisten L. de Boisbaudran att när han studerade zinkblandning, upptäckte han spektroskopiskt ett nytt grundämne i den. Han fick salter av detta element och bestämde dess egenskaper. För att hedra Frankrike döpte han det nya grundämnet gallium (som de gamla romarna kallade Frankrike). Låt oss jämföra vad D.I. Mendeleev förutspådde och vad som hittades av L. de Boisbaudran:

I den första rapporten av L. de Boisbaudran visade sig den specifika vikten för gallium vara 4,7. D.I. Mendeleev påpekade sitt misstag. Med mer noggranna mätningar visade sig den specifika vikten för gallium vara 5,96.

1879 dök ett meddelande upp från den svenske kemisten L. Nilsson (1840-1899) om hans upptäckt av ett nytt kemiskt grundämne - scandium. L. Nilsson klassade skandium som ett sällsynt jordartsmetall. P.T. Kleve påpekade för L. Nilsson att scandiumsalter är färglösa, dess oxid är olöslig i alkalier och att scandium är ekaboron som förutspåtts av D.I. Mendeleev. Låt oss jämföra deras egenskaper.

Genom att analysera ett nytt mineral i februari 1886 upptäckte den tyske professorn K. Winkler (1838-1904) ett nytt grundämne och ansåg att det var en analog av antimon och arsenik. En diskussion uppstod. K. Winkler höll med om att grundämnet han upptäckt var eca-kisel som förutspåtts av D.I. Mendeleev. K. Winkler kallade detta grundämne germanium.

Så kemister bekräftade tre gånger förekomsten av de kemiska elementen som förutspåtts av Mendeleev. Dessutom var det just egenskaperna hos dessa grundämnen som förutspåtts av Mendeleev och deras position i det periodiska systemet som gjorde det möjligt att rätta till de misstag som experimenterande omedvetet gjorde. Den fortsatta utvecklingen av kemi ägde rum på den fasta grunden av den periodiska lagen, som på 80-talet av XIX-talet. erkändes av alla vetenskapsmän som en av de viktigaste naturlagarna. Således är den viktigaste egenskapen hos något kemiskt element dess plats i det periodiska systemet för D.I. Mendeleev.

Familjen Mendeleev bodde i ett hus på den branta, höga stranden av Tobolfloden i Tobolsk, och den framtida vetenskapsmannen föddes här. Vid den tiden tjänstgjorde många decembister i exil i Tobolsk: Annenkov, Baryatinsky, Wolf, Kuchelbecker, Fonwiesen och andra... De smittade omgivningen med sitt mod och hårda arbete. De bröts inte av fängelse, hårt arbete eller exil. Mitya Mendeleev såg sådana människor. I kommunikation med dem bildades hans kärlek till fosterlandet och ansvar för dess framtid. Familjen Mendeleev hade vänliga och familjära relationer med decembristerna. D. I. Mendeleev skrev: "... vördnadsvärda och respekterade decembrists bodde här: Fonvizen, Annenkov, Muravyov, nära vår familj, särskilt efter att en av decembristerna, Nikolai Vasilyevich Basargin, gifte sig med min syster Olga Ivanovna... Decembrist-familjer , i de dagar gav de Tobolsk livet ett särskilt avtryck och försåg det med en sekulär uppfostran. Legenden om dem lever fortfarande i Tobolsk.”

Vid 15 års ålder tog Dmitry Ivanovich examen från gymnasiet. Hans mor Maria Dmitrievna gjorde mycket ansträngningar för att se till att den unge mannen fortsatte sin utbildning.

Ris. 4. Mamma till D.I. Mendeleev - Maria Dmitrievna.

Mendeleev försökte komma in på medicinsk-kirurgiska akademin i St. Petersburg. Men anatomin visade sig vara bortom styrkan hos den lättpåverkade unge mannen, så Mendeleev var tvungen att byta medicin till pedagogik. 1850 gick han in på Main Pedagogical Institute, där hans far en gång studerade. Bara här kände Mendeleev smak för att lära och blev snart en av de bästa.

Vid 21 års ålder klarade Mendeleev inträdesproven lysande. Dmitrij Mendelejevs studier i St Petersburg vid Pedagogiska institutet var till en början inte lätta. Under sitt första år lyckades han få otillfredsställande betyg i alla ämnen utom matematik. Men under äldre år gick det annorlunda - Mendeleevs genomsnittliga årsbetyg var fyra och en halv (av fem möjliga).

Hans avhandling om fenomenet isomorfism erkändes som en kandidats avhandling. En begåvad student 1855. utnämndes till lärare vid Richelieu gymnasium i Odessa. Här förberedde han sitt andra vetenskapliga arbete - "Specific Volumes". Detta arbete presenterades som en magisteruppsats. År 1857 Efter att ha försvarat det fick Mendeleev titeln Master of Chemistry och blev privat biträdande professor vid St. Petersburg University, där han föreläste om organisk kemi. 1859 sändes han utomlands.

Mendeleev tillbringade två år vid olika universitet i Frankrike och Tyskland, men det mest produktiva var hans avhandlingsarbete i Heidelberg med dåtidens ledande vetenskapsmän, Bunsen och Kirchhoff.

Utan tvekan påverkades vetenskapsmannens liv i hög grad av naturen i miljön där han tillbringade sin barndom. Från sin ungdom till sin ålderdom gjorde han allt och alltid på sitt sätt. Börjar med vardagens småsaker och fortsätter till det väsentliga. Dmitry Ivanovichs systerdotter, N. Ya. Kapustin-Gubkina kom ihåg: "Han hade sina egna favoriträtter, uppfunna av honom för sig själv ... Han bar alltid en bred tygjacka utan ett bälte av den stil han själv uppfann ... Han rökte rullade cigaretter, rullade dem själv...” Han skapade ett föredömligt gods – och övergav det omedelbart. Han genomförde anmärkningsvärda experiment på vidhäftning av vätskor och lämnade omedelbart detta vetenskapsområde för alltid. Och vilka skandaler han kastade mot sina överordnade! Till och med i sin ungdom, som en ny examen från det pedagogiska institutet, skrek han till chefen för avdelningen, för vilken han kallades till ministern själv, Abraham Sergeevich Norovatov. Men vad bryr han sig om chefen för avdelningen - han tog inte ens hänsyn till synoden. När han ålade honom en bot på sju år med anledning av sin skilsmässa från Feoza Nikitishna, som aldrig hade kommit överens med det unika i hans intressen, övertalade Dmitrij Ivanovich sex år före förfallodagen prästen i Kronstadt att gifta sig honom igen. Och vad var historien om hans ballongflyg värd, när han med tvång tog en ballong som tillhörde militäravdelningen och utvisade general Kovanko, en erfaren flygfarare, från korgen... Dmitry Ivanovich led inte av blygsamhet, tvärtom - " Blygsamhet är alla lasters moder”, hävdade Mendeleev.

Originaliteten hos Dmitry Ivanovichs personlighet observerades inte bara i vetenskapsmannens beteende utan också i hela hans utseende. Hans systerdotter N. Ya. Kapustina-Gubkina ritade följande verbala porträtt av vetenskapsmannen: "En man med långt fluffigt hår runt en hög vit panna, mycket uttrycksfull och mycket rörlig... Klarblå, själfulla ögon... Många hittade likheter i honom med Garibaldi... När han pratade gestikulerade han alltid . Breda, snabba, nervösa rörelser av hans händer motsvarade alltid hans humör... Klangen i hans röst var låg, men klangfull och begriplig, men hans ton varierade mycket och bytte ofta från låga toner till hög, nästan tenor... När han pratade om något han inte gillade, sedan ryckte han till, böjde sig, stönade, gnisslade...” Mendeleevs favorit fritidssysselsättning under många år var att göra resväskor och ramar för porträtt. Han köpte förnödenheter för dessa arbeten på Gostiny Dvor.

Mendelejevs originalitet skilde honom från mängden från ungdomen... När han studerade vid ett pedagogiskt institut började den blåögde sibirien, som inte hade ett öre till sitt namn, oväntat för herrarna professorerna, att visa en sådan skärpa i sinnet. , sådan raseri i arbetet att han lämnade alla sina kollegor långt bakom sig. Det var då som den faktiske statsrådet, en berömd figur inom folkbildning, lärare, vetenskapsman, professor i kemi, Alexander Abramovich Voskresensky, märkte och blev kär i honom. Därför rekommenderade Alexander Abramovich 1867 sin favoritstudent, trettiotreårige Dmitrij Ivanovitj Mendeleev, till tjänsten som professor i allmän och oorganisk kemi vid fakulteten för fysik och matematik vid St. Petersburgs universitet. I maj 1868 födde familjen Mendeleev sin älskade dotter Olga...

Trettiotre är den traditionella bedriftens ålder: vid trettiotre, enligt eposet, steg Ilya Muromets av spisen. Men även om Dmitry Ivanovichs liv i denna mening inte var något undantag, kunde han själv knappast ana att en skarp vändning ägde rum i hans liv. Istället för kurserna i teknisk, eller organisk eller analytisk kemi som han hade undervisat tidigare, var han tvungen att börja läsa en ny kurs, allmän kemi.

Naturligtvis är det enklare att använda miniatyrbildsmetoden. Men när han började sina tidigare kurser var det inte heller lätt. Ryska manualer fanns antingen inte alls, eller så fanns de, men var föråldrade. Kemi är en ny, ung sak, och i ungdomen blir allt snabbt föråldrat. Utländska läroböcker, de senaste, fick översättas av mig själv. Han översatte "Analytical Chemistry" av Gerard, "Chemical Technology" av Wagner. Men inget värdigt hittades i organisk kemi i Europa, även om man sätter sig ner och skriver. Och han skrev. Om två månader en helt ny kurs baserad på nya principer, trettio tryckta ark. Sextio dagar av daglig hetsarbete - tolv färdiga sidor per dag. Just på en dag - han ville inte göra sitt schema beroende av en sådan bagatell som jordens rotation runt sin axel, han reste sig inte från bordet på trettio eller fyrtio timmar.

Dmitry Ivanovich kunde inte bara arbeta berusad utan också sova berusad. Mendeleevs nervsystem var extremt känsligt, hans sinnen var förhöjda - nästan alla memoarförfattare, utan att säga ett ord, rapporterar att han ovanligt lätt, ständigt bröt in i ett skrik, även om han i huvudsak var en snäll person.

Det är möjligt att Dmitry Ivanovichs medfödda personlighetsdrag förklarades av hans sena uppträdande i familjen - han var det "sista barnet", det sjuttonde barnet. Och enligt nuvarande begrepp ökar möjligheten för mutationer hos avkomman med föräldrarnas ålder.

Han började sin första föreläsning om allmän kemi så här:

"Vi särskiljer tydligt allt som vi märker som ett ämne eller som ett fenomen. Materia tar plats och har tyngd, men ett fenomen är något som händer i tiden. Varje ämne producerar en mängd olika fenomen, och det finns inte ett enda fenomen som uppstår utan substans. Mångfalden av ämnen och fenomen kan inte undgå allas uppmärksamhet. Att upptäcka laglighet, det vill säga enkelhet och korrekthet i denna mångfald, betyder att studera naturen ... "

För att upptäcka laglighet, det vill säga enkelhet och riktighet... Ämnet har vikt... Ämne... Vikt... Ämne... Vikt...

Han tänkte på det oavbrutet, vad han än gjorde. Och vad gjorde han inte! Dmitry Ivanovich hade tillräckligt med tid för allt. Det verkar som att han äntligen fick den bästa kemiska avdelningen i Ryssland, en statlig lägenhet, möjligheten att bo bekvämt, utan att springa runt för extra pengar - så koncentrera dig på det viktigaste, och allt annat är vid sidan av... Jag köpte en egendom på 400 dessiatiner mark och ett år senare intecknade den erfarne Paul, som studerade möjligheten att vända jordens utarmning med hjälp av kemi. En av de första i Ryssland.

Ett och ett halvt år gick på ett ögonblick, och det fanns fortfarande inget riktigt system i allmän kemi. Detta betyder inte att Mendeleev undervisade sin kurs helt på måfå. Han började med det som är bekant för alla - med vatten, med luft, med kol, med salter. Från de element de innehåller. Från huvudlagarna enligt vilka ämnen interagerar med varandra.

Sedan pratade han om de kemiska släktingarna till klor - fluor, brom, jod. Detta var den sista föreläsningen, vars avskrift han ändå lyckades skicka till tryckeriet, där det andra numret av den nya bok han påbörjat höll på att maskinskrivas.

Det första numret, i fickformat, trycktes i januari 1869. På titelsidan stod det: "Fundamentals of kemi av D. Mendeleev" . Inga förord. Det första, redan publicerade numret och det andra, som fanns i tryckeriet, skulle enligt Dmitry Ivanovichs plan utgöra den första delen av kursen och ytterligare två nummer - den andra delen.

I januari och första hälften av februari höll Mendeleev föreläsningar om natrium och andra alkalimetaller, skrev motsvarande kapitel i andra delen "Kemins grunder" - och fastnade.

År 1826 avslutade Jens Jakob Berzelius en studie av 2000 ämnen och bestämde utifrån detta atomvikten för tre dussin kemiska grundämnen. För fem av dem bestämdes atomvikten felaktigt - för natrium, kalium, silver, bor och kisel. Berzelius gjorde ett misstag eftersom han tillämpade två felaktiga antaganden: att en oxidmolekyl bara kan innehålla en metallatom och att en lika stor volym gaser innehåller lika många atomer. Faktum är att en oxidmolekyl kan innehålla två eller flera metallatomer, och en lika stor volym gaser, enligt Avogadros lag, innehåller lika många inte atomer utan molekyler.

Fram till 1858, när italienaren Stanislao Cannizzaro, som återinförde sin landsman Avogadros lag, korrigerade atomvikterna för flera grundämnen, rådde förvirring i frågan om atomvikter.

Först 1860, på den kemiska kongressen i Karlsruhe, efter hetsiga debatter, löstes förvirringen, Avogadros lag återställdes äntligen till sina rättigheter och de orubbliga grunderna för att bestämma atomvikten för något kemiskt element klargjordes slutligen.

Av en lycklig slump var Mendelejev på affärsresa utomlands 1860, deltog i denna kongress och fick en klar och tydlig idé om att atomvikt nu hade blivit ett korrekt och tillförlitligt numeriskt uttryck. När han återvände till Ryssland började Mendeleev studera listan över element och uppmärksammade periodiciteten av förändringar i valens av element ordnade i ökande ordning av atomvikter: valens H – 1, Li – 1, Vara – 2, B – 3, C – 4, Mg – 2, N – 2, S – 2, F – 1, Na – 1, Al – 3, Si – 4 osv. Baserat på ökningar och minskningar i valens, delade Mendeleev in elementen i perioder; Den första perioden inkluderade endast ett väte, följt av två perioder med 7 element vardera, sedan perioder som innehöll mer än 7 element. D, I, Mendeleev använde dessa data inte bara för att konstruera en graf, som Meyer och Chancourtois gjorde, utan också för att konstruera en tabell som liknar Newlands-tabellen. En sådan periodisk tabell av element är tydligare och mer visuell än en graf, och dessutom lyckades D, I, Mendeleev undvika misstaget från Newlands, som insisterade på jämlikhet mellan perioder.

« Jag anser att det avgörande ögonblicket för min tanke om den periodiska lagen är 1860 - kemistkongressen i Karlsruhe, där jag deltog... Idén om möjligheten av periodicitet i egenskaperna hos element med ökande atomvikt , i huvudsak presenterades redan för mig internt." , - noterade D.I. Mendelejev.

1865 köpte han godset Boblovo nära Klin och fick möjlighet att studera jordbrukskemi, som han då var intresserad av, och koppla av där med familjen varje sommar.

"Födelsedagen" för D.I. Mendeleevs system anses vanligtvis vara den 18 februari 1869, när den första versionen av tabellen sammanställdes.

Ris. 5. Foto av D.I. Mendeleev under året för upptäckten av den periodiska lagen.

63 kemiska grundämnen var kända. Inte alla egenskaper hos dessa grundämnen har studerats tillräckligt bra, även atomvikterna för vissa har bestämts felaktigt eller felaktigt. Är det mycket eller lite - 63 element? Om vi ​​kommer ihåg att vi nu känner till 109 grundämnen, så är detta naturligtvis inte tillräckligt. Men det räcker med att man märker mönstret av förändringar i deras egenskaper. Med 30 eller 40 kända kemiska grundämnen skulle det vara osannolikt att något skulle upptäckas. Ett visst minimum av öppna element behövdes. Det är därför Mendelejevs upptäckt kan karakteriseras som lägligt.

Innan Mendeleev försökte forskare också underordna alla kända element till en viss ordning, klassificera dem och kombinera dem till ett system. Det är omöjligt att säga att deras försök var värdelösa: de innehöll några korn av sanning. Alla begränsade sig till att kombinera grundämnen med liknande kemiska egenskaper till grupper, men fann inte en intern koppling mellan dessa "naturliga", som de sa då, grupper av dem.

År 1849 blev den framstående ryske kemisten G. I. Hess intresserad av klassificeringen av grundämnen. I läroboken "Foundations of Pure Chemistry" beskrev han fyra grupper av icke-metalliska element med liknande kemiska egenskaper:

Jag Te C N

Br Se B P

Cl S Si As

F O

Hess skrev: "Denna klassificering är fortfarande väldigt långt ifrån naturlig, men den kopplar fortfarande ihop element och grupper som är väldigt lika, och med utökningen av vår information kan den förbättras."

Misslyckade försök att konstruera ett system av kemiska grundämnen baserat på deras atomvikter gjordes redan före kongressen i Karlsruhe, båda av britterna: 1853 av Gladstone, 1857 av Odling.

Ett av försöken till klassificering gjordes 1862 av fransmannen Alexandre Emile Beguys de Chancourtois . Han representerade systemet av element i form av en spirallinje på ytan av en cylinder. Det finns 16 element på varje tur. Liknande element var placerade under varandra på cylinderns generatris. När han publicerade sitt meddelande åtföljde forskaren det inte med den graf han hade konstruerat, och ingen av forskarna uppmärksammade de Chancourtois arbete.

Ris. 6. "Telluriumskruv" av de Chancourtois.

Den tyske kemisten Julius Lothar Meyer var mer framgångsrik. 1864 föreslog han en tabell där alla kända kemiska grundämnen delades in i sex grupper, enligt deras valens. Till utseendet var Meyers tabell lite likt det framtida periodiska systemet. Han ansåg volymerna som upptas av viktmängder av ett grundämne numeriskt lika med deras atomvikter. Det visade sig att varje sådan viktmängd av något element innehåller samma antal atomer. Detta innebar att förhållandet mellan de betraktade volymerna av olika atomer av dessa element. Därför kallas denna egenskap hos elementet atomvolym.

Grafiskt uttrycks beroendet av grundämnenas atomvolymer av deras atomvikter som en serie vågor som stiger i skarpa toppar vid punkter som motsvarar alkalimetaller (natrium, kalium, cesium). Varje nedstigning och uppgång till toppen motsvarar en period i elementtabellen. Under varje period minskar värdena för vissa fysiska egenskaper, förutom atomvolymen, naturligtvis först och ökar sedan.

Ris. 7. Atomvolymernas beroende av grundämnens atommassor, enl

L. Meyer.

Väte, grundämnet med lägst atomvikt, var först på listan över grundämnen. Vid den tiden var det allmänt accepterat att den 101:a perioden innehöll ett element. Den 2:a och 3:e perioden i Meyer-diagrammet innehöll vardera sju element. Dessa perioder duplicerade Newlands-oktaverna. Men under de följande två perioderna översteg antalet element sju. Därmed visade Meyer var Newlands hade fel. Oktaverlagen kunde inte följas strikt för hela listan av element, de sista perioderna måste vara längre än de första.

Efter 1860 gjordes det första försöket av detta slag av en annan engelsk kemist, John Alexander Reina Newlands. En efter en sammanställde han tabeller där han försökte förverkliga sin idé. Den sista tabellen är daterad 1865. Forskaren trodde att allt i världen är föremål för allmän harmoni. Det måste vara likadant i både kemi och musik. Konstruerade i ökande ordning är elementens atomvikter indelade i oktaver - i åtta vertikala rader, sju element i varje. Faktum är att många element med relaterade kemiska egenskaper hamnade i en horisontell linje: i den första - halogener, i den andra - alkalimetaller och så vidare. Men tyvärr kom ganska många främlingar in i leden, och detta förstörde hela bilden. Bland halogenerna fanns till exempel kobolt med nickel och tre platinoider. Bland jordalkalimineralerna finns vanadin och bly. Kolfamiljen inkluderar volfram och kvicksilver. För att på något sätt förena relaterade element, var Newlands tvungen att störa arrangemanget av element i storleksordningen atomvikter i åtta fall. Dessutom, för att göra åtta grupper om sju element, behöver du 56 element, men 62 var kända, och på vissa ställen ersatte han ett element med två på en gång. Resultatet blev fullständigt godtycke. När Newlands rapporterade sin "Law of Octaves" Vid ett möte i London Chemical Society anmärkte en av de närvarande sarkastiskt: har inte den ärevördige talaren försökt ordna elementen helt enkelt i alfabetisk ordning och upptäcka något slags mönster?

Alla dessa klassificeringar innehöll inte det viktigaste: de återspeglade inte det allmänna, grundläggande mönstret av förändringar i elementens egenskaper. De skapade bara sken av ordning i sin värld.

Mendeleevs föregångare, som lade märke till särskilda manifestationer av det stora mönstret i världen av kemiska grundämnen, kunde av olika anledningar inte stiga till den stora generaliseringen och inse existensen av en grundläggande lag i världen. Mendeleev visste inte mycket om sina föregångares försök att ordna kemiska grundämnen i ordning efter ökande atommassor och om de incidenter som uppstod i detta fall. Han hade till exempel nästan ingen information om Chancourtois, Newlands och Meyers arbete.

Till skillnad från Newlands ansåg Mendeleev det viktigaste inte så mycket atomvikter som kemiska egenskaper, kemisk individualitet. Han tänkte på detta hela tiden. Ämne... Vikt... Ämne... Vikt... Inga lösningar kom.

Och då befann sig Dmitry Ivanovich i svåra tidsproblem. Och det gick väldigt illa: inte så mycket "nu eller aldrig", utan antingen idag, eller så sköts ärendet upp igen i flera veckor.

För länge sedan gav han ett löfte till Free Economic Society att åka till Tver-provinsen i februari, undersöka ostfabrikerna där och presentera sina tankar om att sätta denna fråga på ett modernt sätt. Universitetsmyndigheternas tillstånd hade redan sökts för resan. Och "semesterbeviset" - det dåvarande resebeviset - hade redan rättats. Och den sista avskedsanteckningen från sekreteraren för Free Economic Society Khodnev har mottagits. Och det fanns inget annat att göra än att ge sig av på den utsedda resan. Tåget som han skulle resa med till Tver avgick från Moskovsky-stationen den 17 februari på kvällen.

”På morgonen, medan han fortfarande låg i sängen, drack han alltid en mugg varm mjölk... Efter att ha gått upp och tvättat gick han genast till sitt kontor och där drack han en, två, ibland tre stora, muggformade koppar med starkt, inte särskilt sött te." (från memoarerna av hans systerdotter N.Ya. Kapustina-Gubkina).

Spåret av koppen, bevarad på baksidan av Khodnevs anteckning, daterad den 17 februari, indikerar att den mottogs tidigt på morgonen, före frukost, förmodligen medförd av en budbärare. Och detta tyder i sin tur på att tanken på ett system av element inte lämnade Dmitry Ivanovich vare sig dag eller natt: bredvid koppens avtryck behåller bladet synliga spår av den osynliga tankeprocess som ledde till den stora vetenskapliga upptäckten . I vetenskapens historia är detta ett sällsynt fall, om inte det enda.

Att döma av de fysiska bevisen är detta vad som hände. Efter att ha gjort klart sin mugg och placerat den på den första plats han stötte på - på Khodnevs brev, tog han omedelbart tag i pennan och på det första papper han stötte på, på samma brev från Khodnev, skrev han ner tanken som blinkade in. hans huvud. På pappersarket dök det upp, den ena under den andra, symbolerna för klor och kalium... Sedan natrium och bor, sedan litium, barium, väte... Pennan vandrade, som tanken gjorde. Slutligen tog han en normal oktam blankt papper - även detta papper har bevarats - och skissade på det, den ena under den andra, i fallande ordning, rader av symboler och atomvikter: överst finns de alkaliska jordartsmetallerna, nedanför dem finns halogenerna, under dem finns syregruppen, under den finns kvävegruppen, under den finns gruppen kol osv. Det var uppenbart för ögat hur nära skillnaderna i atomvikt mellan element i angränsande led var. Mendeleev kunde inte ha vetat då att den "osäkra zonen" mellan uppenbara icke-metaller Och metaller innehåller element - ädelgaser, vars upptäckt kommer att avsevärt modifiera det periodiska systemet.

Han hade bråttom, så då och då gjorde han misstag och misstag. Svavel tilldelades en atomvikt på 36, istället för 32. Subtrahera dem 65 (atomvikt av zink) 39 (atomvikt av kalium), fick han 27. Men det är inte de små sakerna som betyder något! Han bars av en hög våg av intuition.

Han trodde på intuition. Jag använde det ganska medvetet i en mängd olika situationer i mitt liv. Anna Ivanovna, Mendeleevs fru skrev: " Om han

Någon svår, viktig livsfråga måste lösas, han gick snabbt in med sin lätta gång, sa vad som gällde och bad att få berätta min åsikt utifrån det första intrycket. "Tänk bara inte, tänk bara inte," upprepade han. Jag talade och detta var beslutet."

Inget fungerade dock. Det klottrade lakanet förvandlades åter till en rebus. Och tiden gick, på kvällen fick vi åka till stationen. Han har redan känt och känt huvudsaken. Men denna känsla måste verkligen ges en tydlig logisk form. Du kan föreställa dig hur han, i förtvivlan eller raseri, rusade runt på kontoret, tittade på allt som fanns i det, letade efter ett sätt att snabbt sätta ihop systemet. Till slut tog han tag i en hög med kort, öppnade sin "Fundamentals" på höger sida - där det fanns en lista med enkla kroppar - och började göra en oöverträffad kortlek. Efter att ha gjort en kortlek med kemiska kort började han spela ett oöverträffat spel patiens. Solitaire var helt klart en utmaning! De första sex leden ställde upp utan några skandaler. Men sedan började allt att nysta upp.

Om och om igen tog Dmitrij Ivanovitj tag i pennan och klottrade med sin snabba handstil kolumner med siffror på pappersarket. Och återigen, i förvirring, gav han upp denna aktivitet och började rulla sin cigarett och blåsa på den så mycket att hans huvud blev helt grumligt. Till slut började hans ögon hänga, han kastade sig på soffan och somnade snabbt. Detta var inte ovanligt för honom. Den här gången sov han inte länge - kanske några timmar, men kanske några minuter. Det finns ingen exakt information om detta. Han vaknade av det faktum att han såg sitt patiensspel i en dröm, och inte i den form han lämnade det på skrivbordet, utan i ett annat, mer harmoniskt och logiskt. Och han hoppade genast upp och började rita upp ett nytt bord på ett papper.

Dess första skillnad från den tidigare versionen var att elementen nu var ordnade inte i ordning efter minskande, utan i ordning efter ökande atomvikter. Det andra är att de tomma utrymmena inuti bordet var fyllda med frågetecken och atomvikter.

Ris. 8. Grov skiss sammanställd av D.I. Mendeleev under upptäckten av den periodiska lagen (under loppet av att spela "kemisk solitaire"). 17 februari (1 mars 1869).

Under lång tid behandlades Dmitry Ivanovichs berättelse om att han såg sitt bord i en dröm som en anekdot. Att hitta något rationellt i drömmar ansågs vara vidskepelse. Numera sätter vetenskapen inte längre en blind barriär mellan de processer som sker i det medvetna och undermedvetna. Och han ser inget övernaturligt i att en bild som inte växte fram i processen av medveten övervägande producerades i färdig form som ett resultat av en omedveten process.

Mendeleev, övertygad om existensen av en objektiv lag som alla element med olika egenskaper lyder, följde en fundamentalt annorlunda väg.

Eftersom han var en spontan materialist letade han efter något materiellt som ett kännetecken för grundämnen, vilket återspeglade alla mångfalden av deras egenskaper. Med tanke på grundämnenas atomvikt som en sådan egenskap jämförde Mendeleev de grupper som var kända vid den tiden enligt atomvikten av deras medlemmar.

Genom att skriva gruppen av halogener (F = 19, Cl = 35,5, Br = 80, J = 127) under gruppen alkalimetaller (Li = 7, Na = 23, K = 39, Rb = 85, Cs = 133) och placerade det under andra grupper av liknande element (i stigande ordning efter deras atomvikter), fastställde Mendeleev att medlemmarna i dessa naturliga grupper bildar en gemensam regelbunden serie av element; Dessutom upprepas de kemiska egenskaperna hos de element som utgör en sådan serie med jämna mellanrum. Efter att ha placerat alla 63 element som var kända vid den tiden i totalen enligt värdet av atomvikter "periodiska systemet" Mendeleev upptäckte att tidigare etablerade naturliga grupper organiskt gick in i detta system och förlorade sin tidigare konstgjorda oenighet. Senare formulerade Mendeleev den periodiska lag som han upptäckte enligt följande: " Egenskaperna hos enkla kroppar, såväl som formerna och egenskaperna hos sammansättningar av element, är periodvis beroende av värdena på grundämnenas atomvikter."

Mendeleev publicerade den första versionen av tabellen över kemiska grundämnen som uttrycker den periodiska lagen i form av ett separat blad med titeln "Ett experiment på ett system av element baserat på deras atomvikt och kemiska likhet" och sände ut denna broschyr i mars 1869. till många ryska och utländska kemister.

Ris. 9. "Erfarenhet av ett system av element baserat på deras vikt och kemiska likhet."

Den första tabellen är fortfarande mycket ofullkomlig, den är långt ifrån den moderna formen av det periodiska systemet. Men denna tabell visade sig vara den första grafiska illustrationen av mönstret som upptäcktes av Mendeleev: "Element ordnade enligt deras atomvikter representerar en tydlig periodicitet av egenskaper" ("Relation of properties with the atomic weight of elements" av Mendeleev). Den här artikeln var resultatet av forskarens tankar när han arbetade med "System Experience...". En rapport om förhållandet som upptäcktes av Mendeleev mellan egenskaperna hos element och deras atomvikter gjordes den 6 mars 1869 vid ett möte med det ryska kemisamfundet. Mendeleev var inte på detta möte. I stället för den frånvarande författaren lästes hans rapport av kemisten N. A. Menshutkin. Ett torrt inlägg om mötet den 6 mars dök upp i protokollet från Russian Chemical Society: "N. Menshutkin rapporterar på uppdrag av D. Mendeleev "upplevelsen av ett system av element baserat på deras atomvikt och kemiska likhet." På grund av D. Mendeleevs frånvaro sköts diskussionen om denna fråga upp till nästa möte.” N. Menshutkins tal publicerades i Journal of the Russian Chemical Society ("Relation of properties with the atomic weight of elements"). Sommaren 1871 sammanfattade Mendeleev sina många studier relaterade till upprättandet av den periodiska lagen i sitt arbete "Periodisk giltighet för kemiska grundämnen" . I det klassiska verket "Fundamentals of Chemistry", som gick igenom 8 upplagor på ryska och flera upplagor på främmande språk under Mendeleevs livstid, presenterade Mendeleev först oorganisk kemi på grundval av den periodiska lagen.

När man konstruerade det periodiska systemet av element, övervann Mendeleev stora svårigheter, eftersom många grundämnen ännu inte hade upptäckts, och av de 63 grundämnen som var kända vid den tiden, hade nio felaktigt bestämt atomvikter. När man skapade tabellen korrigerade Mendeleev atomvikten för beryllium, och placerade beryllium inte i samma grupp med aluminium, som kemister vanligtvis gjorde, utan i samma grupp med magnesium. 1870-71 ändrade Mendeleev värdena för atomvikterna för indium, uran, torium, cerium och andra element, styrt av deras egenskaper och specificerad plats i det periodiska systemet. Baserat på den periodiska lagen placerade han tellur framför jod och kobolt framför nickel, så att tellur skulle vara i samma kolumn med element vars valens är 2, och jod skulle vara i samma kolumn med element vars valens är 1 , även om atomvikterna för dessa grundämnen krävde den motsatta platsen.

Mendeleev såg tre omständigheter som, enligt hans åsikt, bidrog till upptäckten av den periodiska lagen:

För det första bestämdes atomvikterna för de flesta kemiska grundämnen mer eller mindre exakt;

För det andra dök ett tydligt koncept upp om grupper av grundämnen med liknande kemiska egenskaper (naturliga grupper);

För det tredje, 1869 hade kemin av många sällsynta grundämnen studerats, utan kunskap om vilka det skulle ha varit svårt att komma till någon generalisering.

Slutligen var det avgörande steget mot upptäckten av lagen att Mendeleev jämförde alla grundämnen efter deras atomvikter. Mendeleevs föregångare jämförde element som liknade varandra. Det vill säga element av naturliga grupper. Dessa grupper visade sig vara orelaterade. Mendeleev kombinerade dem logiskt i strukturen på sitt bord.

Men även efter kemisters enorma och noggranna arbete för att korrigera atomvikter, "bryter" elementen på fyra ställen i det periodiska systemet mot den strikta ordningen för att öka atomvikterna. Dessa är par av element:

18 Ar(39.948) – 19 K (39.098); 27 Co(58,933) - 28 Ni(58,69);

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

Under D.I. Mendeleevs tid ansågs sådana avvikelser vara brister i det periodiska systemet. Teorin om atomstruktur satte allt på sin plats: elementen är placerade helt korrekt - i enlighet med laddningarna i deras kärnor. Hur kan vi då förklara att argons atomvikt är större än atomvikten för kalium?

Atomvikten för ett element är lika med den genomsnittliga atomvikten för alla dess isotoper, med hänsyn till deras överflöd i naturen. Av en slump bestäms argons atomvikt av den "tyngsta" isotopen (den finns i naturen i större mängder). I kalium, tvärtom, dominerar dess "lättare" isotop (det vill säga en isotop med ett lägre masstal).

Mendelejev karakteriserade förloppet av den kreativa processen, som representerar upptäckten av den periodiska lagen: ”... idén ofrivilligt uppstod att det måste finnas ett samband mellan massa och kemiska egenskaper. Och eftersom massan av ett ämne, även om det inte är absolut, utan bara relativ, är det nödvändigt att leta efter en funktionell överensstämmelse mellan de individuella egenskaperna hos element och deras atomvikter. Du kan inte leta efter någonting, inte ens svamp eller någon form av missbruk, förutom genom att titta och försöka. Så jag började välja, skriva på separata kort element med deras atomvikter och grundläggande egenskaper, liknande element och liknande atomvikter, vilket snabbt ledde till slutsatsen att egenskaperna hos element är periodvis beroende av deras atomvikt, och tvivlar på många oklarheter Jag tvivlade inte för en minut på den allmänna slutsatsen, eftersom det var omöjligt att erkänna en olycka.”

Den grundläggande betydelsen och nyheten i den periodiska lagen var följande:

1. Ett samband etablerades mellan element som var olika i sina egenskaper. Detta samband ligger i det faktum att grundämnenas egenskaper ändras jämnt och ungefär lika mycket när deras atomvikt ökar, och sedan upprepas dessa förändringar PERIODISKT.

2. I de fall då det verkade som om någon länk saknades i sekvensen av förändringar i egenskaperna hos element, angavs GAPS i det periodiska systemet som måste fyllas med element som ännu inte hade upptäckts.

Ris. 10. De första fem perioderna i det periodiska systemet för D. I. Mendeleev. Ädelgaser har ännu inte upptäckts, så de visas inte i tabellen. Ytterligare 4 okända element vid tidpunkten för skapandet av tabellen är markerade med frågetecken. Egenskaperna för tre av dem förutspåddes av D.I. Mendeleev med hög noggrannhet (en del av det periodiska systemet för DI Mendeleevs tid i en form som är mer bekant för oss).

Principen som D.I. Mendeleev använde för att förutsäga egenskaperna hos ännu okända element visas i figur 11.

Baserat på periodicitetslagen och praktiskt tillämpa dialektikens lag om övergången av kvantitativa förändringar till kvalitativa, påpekade Mendeleev redan 1869 existensen av fyra element som ännu inte hade upptäckts. För första gången i kemins historia förutspåddes förekomsten av nya grundämnen och deras atomvikter bestämdes till och med ungefärligt. I slutet av 1870 Mendeleev, baserat på sitt system, beskrev egenskaperna hos ett fortfarande oupptäckt grupp III-element och kallade det "eka-aluminium". Forskaren föreslog också att det nya elementet skulle upptäckas med hjälp av spektralanalys. År 1875 upptäckte den franske kemisten P.E. Lecoq de Boisbaudran, som undersökte zinkblandningen med ett spektroskop, Mendeleev eka-aluminium i den. Det exakta sammanträffandet av de förväntade egenskaperna hos elementet med de experimentellt bestämda var den första triumfen och en lysande bekräftelse på den periodiska lagens prediktiva kraft. Beskrivningar av egenskaperna hos "eka-aluminium" som förutspåtts av Mendeleev och egenskaperna hos gallium som upptäckts av Boisbaudran ges i tabell 1.

Förutspått av D.I. Mendeleev

Installerad av Lecoq de Boisbaudran (1875)

Ekaalumium Ea Atomvikt ca 68 Enkel kropp, bör vara låg smältbar Densiteten är nära 5,9 Atomvolym 11,5 Bör inte oxidera i luft Ska sönderdela vatten i glödhet värme Formler för föreningar: EaCl3, Ea2O3, Ea2(SO4)3 Bör bilda alun Ea2(SO4)3 * M2SO4 * 24H2O, men svårare än aluminium Oxiden Ea2O3 bör lätt reduceras och producera en metall som är mer flyktig än aluminium, och kan därför förväntas upptäckas genom spektralanalys av EaCl3 - flyktig.

Atomvikt ca 69,72 Smältpunkten för rent gallium är 30 grader C Densiteten för fast gallium är 5,904 och flytande gallium är 6,095 Atomvolym 11,7 Oxiderar lätt endast vid röda temperaturer Bryter ner vatten vid höga temperaturer Sammansatta formler: GaСl3, Ga2О3, Ga2(SO4)3 Bildar alun NH4Ga(SO4)2*12H2O Gallium reduceras från sin oxid genom kalcinering i en väteström; upptäckt med spektralanalys Kokpunkt för GaCl3 215-220 grader C

År 1879 Den svenske kemisten L. Nilsson fann grundämnet scandium, som helt överensstämmer med det av Mendelejev beskrivna ekaboron; 1886 upptäckte den tyske kemisten K. Winkler grundämnet germanium, motsvarande ekasilicon; 1898 upptäckte de franska kemisterna Pierre Curie och Marie Skłodowska Curie polonium och radium. Mendeleev ansåg Winkler, Lecoq de Boisbaudran och Nilsson vara "förstärkare av den periodiska lagen."

Mendeleevs förutsägelser gick också i uppfyllelse: trimargan - modernt rhenium, dicesium - francium, etc. upptäcktes.

Efter detta blev det klart för forskare runt om i världen att D.I. Mendeleevs periodiska system inte bara systematiserar grundämnena, utan är ett grafiskt uttryck för den grundläggande naturlagen - den periodiska lagen.

Denna lag har prediktiv kraft. Det gjorde det möjligt att göra en riktad sökning efter nya, ännu inte upptäckta element. Atomvikterna för många element, som tidigare bestämts otillräckligt noggrant, var föremål för verifiering och förtydligande just för att deras felaktiga värden stred mot den periodiska lagen.

Vid ett tillfälle noterade D.I. Mendeleev med besvikelse: "...vi känner inte till orsakerna till periodicitet." Han levde inte för att lösa detta mysterium.

Ett av de viktiga argumenten till förmån för atomernas komplexa struktur var upptäckten av D. I. Mendeleevs periodiska lag:

Egenskaperna hos enkla ämnen, liksom egenskaperna och formerna hos föreningar, beror periodvis på atommassorna av kemiska element.

När det bevisades att serienumret för ett element i ett system är numeriskt lika med laddningen av kärnan i dess atom, blev den fysiska essensen av den periodiska lagen tydlig.

Men varför ändras egenskaperna hos kemiska grundämnen periodvis när kärnladdningen ökar? Varför är elementsystemet byggt på detta sätt och inte på annat sätt och varför innehåller dess perioder ett strikt definierat antal element? Det fanns inga svar på dessa viktigaste frågor.

Logiskt resonemang förutspådde att om det finns ett samband mellan kemiska element som består av atomer, så har atomerna något gemensamt och därför måste de ha en komplex struktur.

Mysteriet med det periodiska systemet av element löstes helt när det var möjligt att förstå atomens komplexa struktur, strukturen av dess yttre elektronskal och lagarna för elektronrörelse runt en positivt laddad kärna, där nästan hela massan av atomen är koncentrerad.

Alla kemiska och fysikaliska egenskaper hos ett ämne bestäms av strukturen hos dess atomer. Den periodiska lagen, upptäckt av Mendeleev, är en universell naturlag, eftersom den är baserad på lagen om atomstruktur.

Grundaren av den moderna läran om atomen är den engelske fysikern Rutherford, som på ett övertygande sätt visade att nästan all massa och positivt laddad materia hos en atom är koncentrerad i en liten del av dess volym. Han kallade denna del av atomen kärna. Kärnans positiva laddning kompenseras av att elektronerna roterar runt den. I denna atommodell elektroner liknar solsystemets planeter, varför det fick namnet planetarisk. Därefter kunde Rutherford använda experimentella data för att beräkna kärnladdningar. De visade sig vara lika med serienumren för elementen i D.I. Mendeleevs tabell. Efter Rutherfords och hans elevers arbete fick Mendeleevs periodiska lag en tydligare innebörd och en något annorlunda formulering:

Egenskaperna hos enkla ämnen, liksom egenskaperna och formerna av föreningar av element, är periodvis beroende av laddningen av kärnan i elementens atomer.

Således fick serienumret för ett kemiskt element i det periodiska systemet en fysisk betydelse.

År 1913 studerade G. Moseley röntgenstrålningen av ett antal kemiska grundämnen i Rutherfords laboratorium. För detta ändamål konstruerade han röntgenrörets anod av material bestående av vissa element. Det visade sig att våglängderna för karakteristisk röntgenstrålning ökar med ökande serienummer av de element som utgör katoden. G. Moseley härledde en ekvation som relaterar våglängd och serienummer Z:

Detta matematiska uttryck kallas nu för Moseleys lag. Det gör det möjligt att bestämma serienumret på det element som studeras baserat på den uppmätta våglängden för röntgenstrålning.

Den enklaste atomkärnan är väteatomens kärna. Dess laddning är lika och motsatt i tecken till laddningen av elektronen, och dess massa är den minsta av alla kärnor. Väteatomens kärna kändes igen som en elementarpartikel, och 1920 gav Rutherford den namnet proton . En protons massa är ungefär en atommassaenhet.

Men massan av alla atomer, utom väte, överstiger numeriskt laddningarna av atomkärnorna. Rutherford antog redan att kärnor förutom protoner skulle innehålla några neutrala partiklar med en viss massa. Dessa partiklar upptäcktes 1932 av Bothe och Becker. Chadwick etablerade sin natur och namngav neutroner . En neutron är en oladdad partikel med en massa nästan lika med massan av en proton, det vill säga också 1 a. äta.

År 1932 utvecklade den sovjetiska forskaren D. D. Ivanenko och den tyske fysikern Heisenberg oberoende proton-neutronteorin om kärnan, enligt vilken atomernas kärnor består av protoner och neutroner.

Låt oss betrakta strukturen av en atom av något element, till exempel natrium, utifrån proton-neutronteorin. Atomnumret för natrium i det periodiska systemet är 11, massnummer 23. I enlighet med atomnumret är laddningen av kärnan i en natriumatom + 11. Därför har natriumatomen 11 elektroner, summan av deras laddningar är lika med den positiva laddningen av kärnan. Om natriumatomen förlorar en elektron, så blir den positiva laddningen en mer än summan av elektronernas negativa laddningar (10), och natriumatomen blir en jon med laddningen 1+. Laddningen av kärnan i en atom är lika med summan av laddningarna av 11 protoner som finns i kärnan, vars massa är 11 a. e.m. Eftersom massan av natrium är 23 a. e.m., då bestämmer skillnaden 23 – 11= 12 antalet neutroner i en natriumatom.

Protoner och neutroner kallas nukleoner . Kärnan i en natriumatom består av 23 nukleoner, varav 11 är protoner och 12 är neutroner. Det totala antalet nukleoner i kärnan skrivs längst upp till vänster på elementsymbolen, och antalet protoner längst ner till vänster, till exempel Na.

Alla atomer i ett givet grundämne har samma kärnladdning, det vill säga samma antal protoner i kärnan. Antalet neutroner i kärnorna i grundämnenas atomer kan variera. Atomer som har samma antal protoner och olika antal neutroner i sina kärnor kallas isotoper .

Atomer av olika grundämnen vars kärnor innehåller samma antal nukleoner kallas isobarer .

Vetenskapen är först och främst skyldig den store danske fysikern Niels Bohr att upprätta ett verkligt samband mellan atomens struktur och det periodiska systemets struktur. Han var den första som förklarade de sanna principerna för periodiska förändringar i grundämnenas egenskaper. Bohr började med att göra Rutherfords modell av atomen livskraftig.

Rutherfords planetmodell av atomen återspeglade den uppenbara sanningen att huvuddelen av atomen finns i en obetydligt liten del av volymen - atomkärnan och elektroner är fördelade i resten av atomens volym. Men karaktären hos en elektrons rörelse i omloppsbana runt kärnan i en atom motsäger teorin om rörelse av elektriska laddningar inom elektrodynamik.

För det första, enligt elektrodynamikens lagar, måste en elektron som roterar runt en kärna falla på kärnan som ett resultat av energiförlust genom strålning. För det andra, när man närmar sig kärnan måste våglängderna som emitteras av elektronen kontinuerligt förändras och bilda ett kontinuerligt spektrum. Men atomer försvinner inte, vilket gör att elektroner inte faller ner på kärnan, och emissionsspektrumet för atomer är inte kontinuerligt.

Om en metall värms upp till förångningstemperaturen kommer dess ånga att börja glöda, och ångan från varje metall har sin egen färg. Strålningen från metallånga som sönderdelas av ett prisma bildar ett spektrum som består av individuella ljuslinjer. Ett sådant spektrum kallas linjespektrum. Varje linje i spektrumet kännetecknas av en viss frekvens av elektromagnetisk strålning.

År 1905 föreslog Einstein, som förklarade fenomenet med den fotoelektriska effekten, att ljus fortplantas i form av fotoner eller energikvanta, som har en mycket specifik betydelse för varje typ av atom.

Bohr introducerade 1913 ett kvantbegrepp i Rutherfords planetmodell av atomen och förklarade ursprunget till atomernas linjespektra. Hans teori om väteatomens struktur bygger på två postulat.

Första postulatet:

Elektronen roterar runt kärnan, utan att avge energi, i strikt definierade stationära banor som uppfyller kvantteorin.

I var och en av dessa banor har elektronen en viss energi. Ju längre omloppsbanan är från kärnan, desto mer energi har elektronen på den.

Ett föremåls rörelse runt ett centrum i klassisk mekanik bestäms av rörelsemängden m´v´r, där m är massan av det rörliga objektet, v är objektets hastighet, r är cirkelns radie. Enligt kvantmekaniken kan detta objekts energi bara ha vissa värden. Bohr trodde att rörelsemängden för en elektron i en väteatom bara kan vara lika med ett heltal av aktionskvantor. Tydligen var detta förhållande Bohrs gissning; det härleddes senare matematiskt av den franske fysikern de Broglie.

Således är det matematiska uttrycket för Bohrs första postulat jämlikheten:

(1)

I enlighet med ekvation (1) motsvarar den minsta radien för elektronens omloppsbana, och följaktligen den minsta potentiella energin för elektronen, ett värde på n lika med enhet. Väteatomens tillstånd, som motsvarar värdet n=1, kallas normalt eller basiskt. En väteatom vars elektron är belägen i någon annan omloppsbana som motsvarar värdena n = 2, 3, 4,¼ kallas exciterad.

Ekvation (1) inkluderar elektronhastigheten och omloppsradien som okända. Om du skapar en annan ekvation som inkluderar v och r, kan du beräkna värdena för dessa viktiga egenskaper hos elektronen i väteatomen. Denna ekvation erhålls genom att ta hänsyn till likheten mellan centrifugal- och centripetalkrafter som verkar i "kärnan i en väteatom-elektron"-system.

Centrifugalkraften är lika med . Centripetalkraften, som bestämmer attraktionen av elektronen till kärnan, enligt Coulombs lag, är . Med hänsyn till likheten mellan laddningarna av elektronen och kärnan i väteatomen kan vi skriva:

(2)

När vi löser ekvationssystemet (1) och (2) för v och r finner vi:

(3)

Ekvationerna (3) och (4) gör det möjligt att beräkna radierna för banor och elektronhastigheter för vilket värde som helst på n. När n=1 är radien för väteatomens första omloppsbana Bohr-radien, lika med 0,053 nm. Hastigheten för en elektron i denna bana är 2200 km/s. Ekvationerna (3) och (4) visar att radierna för väteatomens elektronbanor är relaterade till varandra som kvadrater av naturliga tal, och elektronens hastighet minskar med ökande n.

Andra postulatet:

När en elektron förflyttar sig från en bana till en annan absorberar eller avger en energikvantum.

När en atom är exciterad, det vill säga när en elektron rör sig från en bana närmare kärnan till en mer avlägsen bana, absorberas ett kvantum av energi och omvänt, när en elektron rör sig från en avlägsen bana till en nära en, kvantenergi. E 2 – E 1 = hv sänds ut. Efter att ha hittat banornas radier och elektronens energi på dem, beräknade Bohr energin för fotoner och motsvarande linjer i linjespektrumet för väte, vilket motsvarade experimentdata.

Talet n, som bestämmer storleken på kvantbanornas radier, elektronernas rörelsehastighet och deras energi, kallas huvudsakliga kvantnummer .

Därefter förbättrade Sommerfeld Bohrs teori. Han föreslog att en atom inte bara kunde ha cirkulära, utan också elliptiska banor av elektroner, och på grundval av detta förklarade han ursprunget till den fina strukturen av vätespektrat.

Ris. 12. Elektronen i Bohr-atomen beskriver inte bara cirkulära, utan också elliptiska banor. Så här ser de ut för olika värden l på P =2, 3, 4.

Bohr-Sommerfelds teori om atomens struktur kombinerade dock klassiska och kvantmekaniska begrepp och byggdes därför på motsägelser. De största nackdelarna med Bohr-Sommerfeld-teorin är följande:

1. Teorin kan inte förklara alla detaljer i atomernas spektrala egenskaper.

2. Det gör det inte möjligt att kvantitativt beräkna den kemiska bindningen ens i en så enkel molekyl som vätemolekylen.

Men den grundläggande ställningen var fast etablerad: fyllningen av elektronskal i atomerna av kemiska element sker från och med den tredje, M -skal inte sekventiellt, gradvis tills full kapacitet (dvs som det var med TILL- Och L - skal), men stegvis. Med andra ord avbryts konstruktionen av elektronskal tillfälligt på grund av att elektroner som tillhör andra skal dyker upp i atomerna.

Dessa bokstäver betecknas enligt följande: n , l , m l , Fröken – och på atomfysikens språk kallas kvanttal. Historiskt sett introducerades de gradvis, och deras uppkomst är till stor del förknippad med studiet av atomspektra.

Så det visar sig att tillståndet för vilken elektron som helst i en atom kan skrivas ner med en speciell kod, som är en kombination av fyra kvanttal. Dessa är inte bara några abstrakta kvantiteter som används för att registrera elektroniska tillstånd. Tvärtom, de har alla verkligt fysiskt innehåll.

siffra P ingår i formeln för kapaciteten hos elektronskalet (2 P 2), dvs detta kvanttal P motsvarar numret på det elektroniska skalet; med andra ord, detta nummer avgör om en elektron tillhör ett givet elektronskal.

siffra P accepterar endast heltalsvärden: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,..., motsvarande skalen: K, L, M, N, O, P, Q.

Eftersom den P ingår i formeln för elektronenergi, då säger de att det huvudsakliga kvanttalet bestämmer den totala energireserven för elektronen i atomen.

En annan bokstav i vårt alfabet - det orbitala (sido) kvantnumret - betecknas som l . Det introducerades för att betona ojämlikheten mellan alla elektroner som tillhör ett givet skal.

Varje skal är uppdelat i vissa underskal, och deras antal är lika med skalets antal. Det vill säga K-shell ( P =1) består av ett underskal; L-skal ( P =2) – från två; M-skal ( P =3) – från tre underskal...

Och varje underskal av detta skal kännetecknas av ett visst värde l . Orbitalkvanttalet tar också heltalsvärden, men från noll, dvs 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6... Alltså, l alltid mindre P . Det är lätt att förstå att när P =1 l =0; på n =2 l =0 och 1; på n = 3 l = 0, 1 och 2, etc. Antal l , har så att säga en geometrisk bild. När allt kommer omkring kan banorna för elektroner som tillhör ett eller annat skal inte bara vara cirkulära utan också elliptiska.

Olika betydelser l och karakterisera olika typer av banor.

Fysiker älskar traditioner och föredrar gamla bokstavsbeteckningar för att beteckna elektronunderskal s ( l =0), sid ( l =1), d ( l =2), f ( l =3). Det här är de första bokstäverna i tyska ord som kännetecknar egenskaperna hos en serie spektrallinjer orsakade av elektronövergångar: skarp, huvud, suddig, fundamental.

Nu kan vi kort skriva ner vilka elektrondelskal som finns i elektronskal (tabell 2).

Att veta hur många elektroner olika elektronunderskal kan ta emot hjälper till att bestämma de tredje och fjärde kvanttalen - m l och m s, som kallas magnetisk och spinn.

Magnetiskt kvantnummer m l nära besläktad med l och bestämmer å ena sidan placeringsriktningen för dessa banor i rymden, och å andra sidan deras antal möjliga för en given l . Av några regelbundenheter i atomteorin följer det för ett givet l kvantnummer m l, tar 2 l +1 heltalsvärden: från – l till + l , inklusive noll. Till exempel för l =3 detta är sekvensen m l vi har: - 3, - 2, - 1, 0, +1, +2, +3, dvs totalt sju värden.

Varför m l kallas magnetisk? Varje elektron, som roterar i omloppsbana runt kärnan, representerar i huvudsak ett varv av lindningen genom vilken elektrisk ström flyter. Ett magnetfält uppstår, så varje bana i en atom kan betraktas som ett platt magnetiskt ark. När det finns ett externt magnetfält kommer varje elektronbana att interagera med detta fält och sträva efter att inta en viss position i atomen.

Antalet elektroner i varje bana bestäms av värdet på spinnkvanttalet m s.

Atomernas beteende i starka inhomogena magnetfält visade att varje elektron i en atom beter sig som en magnet. Och detta indikerar att elektronen roterar runt sin egen axel, som en planet i omloppsbana. Denna egenskap hos en elektron kallas "spin" (översatt från engelska som "rotera"). Elektrons rotationsrörelse är konstant och oföränderlig. En elektrons rotation är helt ovanlig: den kan inte bromsas, accelereras eller stoppas. Det är samma för alla elektroner i världen.

Men även om spinn är en gemensam egenskap för alla elektroner, står det också för skillnaderna mellan elektroner i en atom.

Två elektroner, som roterar i samma bana runt en kärna, har samma spin i storlek, och ändå kan de skilja sig åt i sin egen rotationsriktning. I det här fallet ändras tecknet på rörelsemängden och tecknet på spinnet.

Kvantberäkning leder till två möjliga värden på spinnkvanttal som är inneboende i en elektron i omloppsbana: s=+ och s= -. Det kan inte finnas några andra betydelser. Därför, i en atom, kan antingen bara en eller två elektroner rotera i varje omloppsbana. Det kan inte finnas mer.

Varje elektronunderskal kan rymma maximalt 2(2 l + 1) - elektroner, nämligen (tabell 3):

Härifrån, genom enkel tillägg, erhålls kapaciteten hos successiva skal.

Enkelheten i den grundläggande lagen till vilken den ursprungliga oändliga komplexiteten i atomens struktur reducerades är fantastisk. Allt det nyckfulla beteendet hos elektroner i dess yttre skal, som kontrollerar alla dess egenskaper, kan uttryckas ovanligt enkelt: Det finns inte och kan inte finnas två identiska elektroner i en atom. Denna lag är känd inom vetenskapen som Pauli-principen (uppkallad efter den schweiziska teoretiska fysikern).

Genom att känna till det totala antalet elektroner i en atom, vilket är lika med dess atomnummer i Mendeleev-systemet, kan du "bygga" en atom: du kan beräkna strukturen på dess yttre elektronskal - bestäm hur många elektroner som finns i den och vad typ av elektroner de är i den.

När du växer Z liknande typer av elektroniska konfigurationer av atomer upprepas med jämna mellanrum. I huvudsak är detta också en formulering av den periodiska lagen, men i relation till processen för elektronfördelning mellan skal och subskal.

Genom att känna till lagen om atomstruktur kan vi nu konstruera ett periodiskt system och förklara varför det är byggt på detta sätt. Endast ett litet terminologiskt förtydligande behövs: de element i atomerna av vilka konstruktionen av s-, p-, d-, f-underskal förekommer brukar kallas s-, p-, d-, f-element, respektive.

Formeln för en atom skrivs vanligtvis i följande form: huvudkvantnumret anges med motsvarande nummer, det sekundära kvantnumret markeras med en bokstav och antalet elektroner är markerat uppe till höger.

Den första perioden innehåller 1 s-element - väte och helium. Den schematiska notationen för den första perioden är följande: 1 s 2 . Den andra perioden kan avbildas enligt följande: 2 s 2 2 p 6, d.v.s. den innehåller element i vilka 2 s-, 2 p-underskal är fyllda. Och den tredje (3 s-, 3p-subshells är inbyggda i den): 3 s 2 3p 6. Uppenbarligen upprepas liknande typer av elektroniska konfigurationer.

I början av den 4:e perioden finns två 4 s-element, d.v.s. fyllningen av N-skalet börjar tidigare än konstruktionen av M-skalet är slutfört. Den innehåller ytterligare 10 lediga platser, som fylls av tio efterföljande element (3 d-element). Fyllningen av M-skalet har avslutats, fyllningen av N-skalet fortsätter (med sex 4 p-elektroner). Därför är strukturen för den fjärde perioden som följer: 4 s 2 3 d 10 4 p 6. Den femte perioden fylls i på liknande sätt:

5 s 2 4 d 10 5 p 6 .

Det finns 32 element i den sjätte perioden. Dess schematiska notation är: 6 s 2 4 f 14 5 d 10 6 p 6.

Och till sist, nästa, 7:e period: 7 s 2 5 f 14 6 d 10 7 p 6. Man bör komma ihåg att inte alla delar av den 7:e perioden är kända ännu.

Denna stegvisa fyllning av skalen är en strikt fysisk lag. Det visar sig att istället för att ockupera nivåerna av 3 d-delskalet, är det mer lönsamt (ur energisynpunkt) för elektroner att först ockupera nivåerna i 4 s-delskalet. Det är dessa energi "svängningar" "mer lönsamma - mindre lönsamma" som förklarar situationen att i kemiska element sker fyllningen av elektronskal i steg.

I mitten av 20-talet. Den franske fysikern L. de Broglie uttryckte en djärv idé: alla materialpartiklar (inklusive elektroner) har inte bara material, utan också vågegenskaper. Det var snart möjligt att visa att elektroner, som ljusvågor, också kunde böja sig runt hinder.

Eftersom en elektron är en våg kan dess rörelse i en atom beskrivas med hjälp av vågekvationen. Denna ekvation härleddes 1926 av den österrikiske fysikern E. Schrödinger. Matematiker kallar det en andra ordningens partiell differentialekvation. För fysiker är detta kvantmekanikens grundläggande ekvation.

Så här ser ekvationen ut:

+++ y = 0,

Var m– elektronmassa; r – elektronens avstånd från kärnan; e – elektronladdning; E– total elektronenergi, lika med summan av kinetisk och potentiell energi. Z– Atomens serienummer (för väteatomen är det 1); h– "handlingens kvantum"; x , y , z – elektronkoordinater; y är vågfunktionen (en abstrakt abstrakt storhet som kännetecknar graden av sannolikhet).

Graden av sannolikhet att en elektron befinner sig på en viss plats i rymden runt kärnan. Om y = 1, så måste elektronen verkligen vara på denna plats; om y = 0, så finns det inga spår av en elektron där.

Idén om sannolikheten att hitta en elektron är central för kvantmekaniken. Och värdet på y (psi)-funktionen (mer exakt kvadraten på dess värde) uttrycker sannolikheten för att en elektron befinner sig i en eller annan punkt i rymden.

I en kvantmekanisk atom finns det inga bestämda elektronbanor, så tydligt beskrivs i Bohr-modellen av atomen. Elektronen verkar vara utspridda i rymden i form av ett moln. Men tätheten av detta moln är annorlunda: som de säger, var det är tjockt och där det är tomt. En högre molndensitet motsvarar en högre sannolikhet att hitta en elektron.

Från den abstrakta kvantmekaniska modellen av atomen kan man gå vidare till den visuella och synliga modellen av Bohr-atomen. För att göra detta måste du lösa Schrödinger-ekvationen. Det visar sig att vågfunktionen är associerad med tre olika storheter, som bara kan anta heltalsvärden. Dessutom är sekvensen av förändringar i dessa kvantiteter sådan att de inte kan vara något annat än kvanttal. Huvud, orbital och magnetisk. Men de introducerades specifikt för att beteckna spektra för olika atomer. Sedan migrerade de mycket organiskt till Bohr-modellen av atomen. Detta är vetenskaplig logik - även den mest allvarliga skeptiker kan inte undergräva den.

Allt detta betyder att lösningen av Schrödinger-ekvationen i slutändan leder till härledning av sekvensen för att fylla elektronskalen och underskalen av atomer. Detta är den största fördelen med den kvantmekaniska atomen framför Bohr-atomen. Och de begrepp som den planetariska atomen känner till kan omprövas ur kvantmekanikens synvinkel. Vi kan säga att en bana är en viss uppsättning av troliga positioner för en given elektron i en atom. Det motsvarar en viss vågfunktion. Istället för termen "omloppsbana" i modern atomfysik och kemi används termen "omloppsbana".

Så, Schrödinger-ekvationen är som en trollstav som eliminerar alla brister som finns i den formella teorin om det periodiska systemet. Förvandlar "formellt" till "faktiskt".

I verkligheten är detta långt ifrån fallet. Eftersom ekvationen har en exakt lösning endast för väteatomen, den enklaste av atomerna. För heliumatomen och efterföljande är det omöjligt att exakt lösa Schrödinger-ekvationen, eftersom interaktionskrafterna mellan elektronerna adderas. Och att ta hänsyn till deras inflytande på det slutliga resultatet är en matematisk uppgift av ofattbar komplexitet. Den är otillgänglig för mänskliga förmågor; endast höghastighets elektroniska datorer, som utför hundratusentals operationer per sekund, kan jämföra med det. Och även då endast under förutsättning att beräkningsprogrammet utvecklas med många förenklingar och approximationer.

Under 40 år har listan över kända kemiska grundämnen ökat med 19. Och alla 19 grundämnen syntetiserades, framställda på konstgjord väg.

Syntesen av grundämnen kan förstås som att den erhålls från ett grundämne med lägre kärnladdning, ett lägre atomnummer, ett grundämne med ett högre atomnummer. Och själva produktionsprocessen kallas en kärnreaktion. Dess ekvation är skriven på samma sätt som ekvationen för en vanlig kemisk reaktion. På vänster sida finns de reagerande ämnena, till höger är de resulterande produkterna. Reaktanterna i en kärnreaktion är målet och den bombarderande partikeln.

Målet kan vara nästan vilket element som helst i det periodiska systemet (i fri form eller i form av en kemisk förening).

Rollen för att bombardera partiklar spelas av a-partiklar, neutroner, protoner, deuteroner (kärnor i den tunga isotopen av väte), såväl som de så kallade multipelladdade tunga jonerna av olika grundämnen - bor, kol, kväve, syre, neon, argon och andra element i det periodiska systemet.

För att en kärnreaktion ska inträffa måste den bombarderande partikeln kollidera med målatomens kärna. Om en partikel har tillräckligt hög energi kan den penetrera så djupt in i kärnan att den smälter samman med den. Eftersom alla partiklar som anges ovan, förutom neutronen, bär positiva laddningar, ökar de dess laddning när de smälter samman med kärnan. Och en förändring i värdet på Z betyder omvandlingen av element: syntesen av ett element med ett nytt värde på kärnladdningen.

För att hitta ett sätt att accelerera bombarderande partiklar och ge dem hög energi, tillräckligt för att de ska smälta samman med kärnor, uppfanns och konstruerades en speciell partikelaccelerator - en cyklotron. Sedan byggde de en speciell fabrik för nya grundämnen - en kärnkraftsrektor. Dess direkta syfte är att generera kärnenergi. Men eftersom intensiva neutronflöden alltid finns i den, är de lätta att använda för artificiell fusion. En neutron har ingen laddning, och därför behöver den inte (och är omöjlig) accelereras. Tvärtom visar sig långsamma neutroner vara mer användbara än snabba.

Kemister var tvungna att tappa hjärnan och visa verkliga mirakel av uppfinningsrikedom för att utveckla sätt att separera små mängder nya grundämnen från målämnet. Lär dig att studera egenskaperna hos nya grundämnen när endast ett fåtal atomer var tillgängliga...

Genom arbete av hundratals och tusentals forskare fylldes 19 nya celler i det periodiska systemet. Fyra ligger inom dess gamla gränser: mellan väte och uran. Femton - för uran. Så här gick det till...

4 platser i det periodiska systemet förblev tomma under lång tid: celler nr 43, 61, 85 och 87.

Dessa 4 element var svårfångade. Ansträngningarna från forskare som syftade till att söka efter dem i naturen förblev misslyckade. Med hjälp av den periodiska lagen fylldes alla andra platser i det periodiska systemet för länge sedan - från väte till uran.

Mer än en gång har rapporter om upptäckten av dessa fyra element dykt upp i vetenskapliga tidskrifter. Men alla dessa upptäckter bekräftades inte: varje gång visade en noggrann kontroll att ett fel hade gjorts och slumpmässiga obetydliga föroreningar förväxlades med ett nytt element.

Ett långt och svårt sökande ledde till slut till upptäckten av ett av naturens svårfångade element. Det visade sig att överskott nr 87 förekommer i sönderfallskedjan av den naturliga radioaktiva isotopen uran-235. Det är ett kortlivat radioaktivt grundämne.

Ris. 13. Plan för bildandet av element nr 87 – Frankrike. Vissa radioaktiva isotoper kan sönderfalla på två sätt, till exempel genom både a- och b-sönderfall. Detta fenomen kallas en radioaktiv gaffel. Alla naturliga radioaktionsfamiljer innehåller gafflar.

Element 87 förtjänar att diskuteras mer i detalj. Nu läser vi i kemiuppslagsverk: francium (serienummer 87) upptäcktes 1939 av den franska vetenskapsmannen Margarita Perey.

Hur lyckades Perey fånga det svårfångade elementet? 1914 började tre österrikiska radiokemister - S. Meyer, W. Hess och F. Paneth - studera det radioaktiva sönderfallet av aktiniumisotopen med massnummer 227. Det var känt att den tillhör aktinouranfamiljen och avger b-partiklar; därför är dess nedbrytningsprodukt torium. Forskare hade dock vaga misstankar om att aktinium-227 i sällsynta fall även avger a-partiklar. Med andra ord, detta är ett exempel på en radioaktiv gaffel. Under en sådan transformation bör en isotop av element 87 bildas. Meyer och hans kollegor observerade verkligen alfapartiklar. Ytterligare forskning krävdes, men den avbröts av första världskriget.

Margarita Perey gick samma väg. Men hon hade känsligare instrument och nya förbättrade analysmetoder till sitt förfogande. Det var därför hon var framgångsrik.

Francium klassificeras som ett artificiellt syntetiserat grundämne. Men ändå upptäcktes grundämnet först i naturen. Detta är en isotop av francium-223. Dess halveringstid är bara 22 minuter. Det blir tydligt varför det finns så lite Frankrike på jorden. För det första, på grund av sin bräcklighet, har den inte tid att koncentrera sig i några märkbara kvantiteter, och för det andra kännetecknas själva bildningsprocessen av en låg sannolikhet: endast 1,2% av aktinium-227 kärnor sönderfaller med utsläpp av a- partiklar.

I detta avseende är det mer lönsamt att förbereda francium på konstgjord väg. 20 isotoper av francium har redan erhållits, och den längsta livslängden av dem är francium-223. Genom att arbeta med mycket små mängder franciumsalter kunde kemister bevisa att dess egenskaper är extremt lika cesium.

Genom att studera egenskaperna hos atomkärnor kom fysiker till slutsatsen att stabila isotoper inte kan existera för grundämnen med atomnummer 43, 61, 85 och 87. De kan bara vara radioaktiva, ha korta halveringstider och måste försvinna snabbt. Därför skapades alla dessa element artificiellt av människan. Vägarna för skapandet av nya grundämnen indikerades av den periodiska lagen. Element 43 var det första artificiellt skapade.

Kärnan i element 43 bör ha 43 positiva laddningar och 43 elektroner som kretsar kring kärnan. Det tomma utrymmet för element 43, beläget i mitten av den femte perioden, har mangan i den fjärde perioden och rhenium i den sjätte. Därför bör de kemiska egenskaperna hos elementet 43 likna dem hos mangan och rhenium. Till vänster om cell 43 finns molybden nr 42, till höger är rutenium nr 44. Därför, för att skapa element 43, är det nödvändigt att öka antalet laddningar i kärnan av en atom som har 42 laddningar med ytterligare en elementär laddning. För att syntetisera ett nytt element 43 är det därför nödvändigt att ta molybden som utgångsmaterial. Det lättaste grundämnet, väte, har en positiv laddning. Så det kan förväntas att element 43 kan erhållas från en kärnreaktion mellan molybden och en proton.

Ris. 14. Schema för syntes av grundämne nr 43 – teknetium.

Egenskaperna för grundämnet 43 bör vara liknande egenskaperna hos mangan och rhenium, och för att upptäcka och bevisa bildandet av detta grundämne är det nödvändigt att använda kemiska reaktioner som liknar dem genom vilka kemister bestämmer närvaron av små mängder mangan och renium.

Det är så det periodiska systemet gör det möjligt att kartlägga vägen för skapandet av konstgjorda grundämnen.

På exakt samma sätt skapades det första konstgjorda kemiska grundämnet 1937. Det fick det betydande namnet teknetium - det första elementet som produceras tekniskt, artificiellt. Så här gick syntesen av teknetium till. Molybdenplattan utsattes för intensivt bombardement av kärnor av den tunga isotopen av väte - deuterium, som accelererades i en cyklotron till enorm hastighet.

Tunga vätekärnor, som fick mycket hög energi, trängde in i molybdenkärnorna. Efter bestrålning i en cyklotron löstes molybdenplasten i syra. En obetydlig mängd av ett nytt radioaktivt ämne isolerades från lösningen med samma reaktioner som är nödvändiga för analytisk bestämning av mangan (en analog till element 43). Detta var det nya grundämnet - teknetium. De motsvarar exakt elementets position i det periodiska systemet.

Nu har teknetium blivit ganska tillgängligt: ​​det bildas i ganska stora mängder i kärnreaktorer. Teknetium har studerats väl och är redan i praktisk användning.

Metoden med vilken element 61 skapades är mycket lik metoden med vilken teknetium framställs. Element 61 isolerades först 1945 från fragmenteringselement som bildades i en kärnreaktor som ett resultat av klyvning av uran.

Ris. 15. Schema för syntes av grundämne nr 61 – prometium.

Grundämnet fick det symboliska namnet "promethium". Detta namn gavs honom inte lättvindigt. Det symboliserar vetenskapens dramatiska väg som stjäl kärnklyvningsenergi från naturen och bemästrar denna energi (enligt legenden stal titanen Prometheus eld från himlen och gav den till människor; för detta var han kedjad vid en sten och en enorm örn plågade honom dagligen), men den varnar också människor för den fruktansvärda krigsfaran.

Prometium erhålls nu i avsevärda mängder: det används i atombatterier - likströmskällor som kan fungera utan avbrott i många år.

På liknande sätt syntetiserades den tyngsta halogenen, ekaiod, element 85. Den erhölls först genom att bombardera vismut (nr 83) med heliumkärnor (nr 2), accelererad i en cyklotron till höga energier. Det nya elementet heter astatin (instabil). Det är radioaktivt och försvinner snabbt. Dess kemiska egenskaper visade sig också exakt motsvara den periodiska lagen. Det liknar jod.

Ris. 16. Schema för syntes av element nr 85 – astatin.

Transuraniska grundämnen är artificiellt syntetiserade kemiska grundämnen som finns i det periodiska systemet efter uran. Hur många fler av dem som kommer att kunna syntetiseras i framtiden kan ingen definitivt svara på ännu.

Uran var det sista grundämnet i den naturliga serien av kemiska grundämnen under 70 långa år.

Och hela denna tid var forskare naturligtvis oroliga över frågan: finns det element som är tyngre än uran i naturen? Dmitry Ivanovich trodde att om uranelement någonsin kunde upptäckas i jordens tarmar, borde deras antal begränsas. Efter upptäckten av radioaktivitet förklarades frånvaron av sådana element i naturen av det faktum att deras halveringstider är korta och att de alla förföll och förvandlades till lättare grundämnen för länge sedan, i de mycket tidiga stadierna av vår planets utveckling . Men uran, som visade sig vara radioaktivt, hade så lång livslängd att det har överlevt till denna dag. Varför kunde inte naturen ge åtminstone de närmaste transuranerna en lika generös tid att existera? Det har varit många rapporter om upptäckten av förment nya grundämnen i systemet - mellan väte och uran, men nästan aldrig har vetenskapliga tidskrifter skrivit om upptäckten av transuraner. Forskare argumenterade bara om orsaken till brottet i det periodiska systemet för uran.

Endast kärnfusion gjorde det möjligt att fastställa intressanta omständigheter som tidigare inte ens kunde misstänkas.

De första studierna om syntesen av nya kemiska grundämnen var inriktade på artificiell produktion av transuraner. Det första artificiella transuranelementet talades om tre år innan teknetium dök upp. Den stimulerande händelsen var upptäckten av neutronen. en elementarpartikel, utan laddning, hade enorm penetrerande kraft, kunde nå atomkärnan utan att stöta på några hinder och orsaka omvandlingar av olika grundämnen. Neutroner började avfyras mot mål gjorda av en mängd olika ämnen. Pionjären för forskning inom detta område var den enastående italienske fysikern E. Fermi.

Uran bestrålat med neutroner uppvisade okänd aktivitet med kort halveringstid. Uran-238, efter att ha absorberat en neutron, förvandlas till en okänd isotop av grundämnet uran-239, som är b-radioaktivt och bör förvandlas till en isotop av ett grundämne med atomnummer 93. En liknande slutsats gjordes av E. Fermi och hans kollegor.

Faktum är att det krävdes mycket ansträngning för att bevisa att den okända aktiviteten faktiskt motsvarade det första transuranelementet. Kemiska operationer ledde till slutsatsen: det nya grundämnet liknar mangan i egenskaper, det vill säga det tillhör VII b-undergruppen. Detta argument visade sig vara imponerande: vid den tiden (på 30-talet) trodde nästan alla kemister att om transuranelement existerade, så skulle åtminstone den första av dem vara liknande d-element från tidigare perioder. Detta var ett fel som utan tvekan påverkade historien om upptäckten av grundämnen tyngre än uran.

Kort sagt, 1934 tillkännagav E. Fermi med tillförsikt syntesen av inte bara element 93, som han gav namnet "ausonium", utan också dess högra granne på det periodiska systemet, "hesperia" (nr 94). Den senare var en produkt av b-förfallet av ausonium:

Det fanns forskare som "dragit" denna kedja ännu längre. Bland dem: tyska forskarna O. Hahn, L. Meitner och F. Strassmann. Redan 1937 talade man om element nr 97 som något verkligt:

Men inget av de nya elementen erhölls i några märkbara mängder eller isolerades i fri form. Deras syntes bedömdes av olika indirekta tecken.

I slutändan visade det sig att alla dessa kortvariga ämnen, tagna för transuranelement, faktiskt är element som tillhör ... mitten av det periodiska systemet, det vill säga artificiella radioaktiva isotoper av sedan länge kända kemiska element. Detta blev tydligt när O. Hahn och F. Strassmann gjorde en av 1900-talets största upptäckter den 22 december 1938. – upptäckt av uranklyvning under påverkan av långsamma neutroner. Forskare har ovedersägligt fastställt att uran bestrålat med neutroner innehåller isotoper av barium och lantan. De kunde endast bildas under antagandet att neutroner verkar bryta upp urankärnor i flera mindre fragment.

Klyvningsmekanismen förklarades av L. Meitner och O. Frisch. Den så kallade droppmodellen av kärnan fanns redan: atomkärnan blev som en droppe vätska. Om en droppe ges tillräckligt med energi och upphetsad kan den delas upp i mindre droppar. På samma sätt kan en kärna som förs in i ett exciterat tillstånd av en neutron sönderdelas och delas upp i mindre delar - kärnorna av atomer av lättare grundämnen.

1940 bevisade de sovjetiska forskarna G.N. Flerov och K.A. Petrzhak att uranklyvning kan uppstå spontant. Således upptäcktes en ny typ av radioaktiv omvandling som finns i naturen, den spontana klyvningen av uran. Detta var en oerhört viktig upptäckt.

Det är dock fel att förklara forskning om transuraner på 1930-talet felaktig.

Uran har två huvudsakliga naturliga isotoper: uran-238 (betydligt dominerande) och uran-235. Den andra klyvs huvudsakligen under påverkan av långsamma neutroner, medan den första, som absorberar en neutron, bara förvandlas till en tyngre isotop - uran-239, och denna absorption är mer intensiv ju snabbare de bombarderar neutronerna. Därför, i de första försöken att syntetisera transuraner, ledde effekten av neutronmoderering till det faktum att när ett mål tillverkat av naturligt uran som innehöll och "avfyrades", rådde fissionsprocessen.

Men uran-238, som absorberade en neutron, var skyldig att ge upphov till kedjan av bildande av transuranelement. Det var nödvändigt att hitta ett tillförlitligt sätt att fånga atomerna av element 93 i en komplex röra av fissionsfragment. Relativt mindre i massa borde dessa fragment under bombarderingen av uran ha flugit över större avstånd (ha en längre väglängd) än de mycket massiva atomerna i element 93.

Den amerikanske fysikern E. MacMillan, som arbetade vid University of California, baserade sina experiment på dessa överväganden. Våren 1939 började han noggrant studera fördelningen av uranklyvningsfragment längs väglängderna. Han lyckades separera en liten del av fragment med en liten räckvidd. Det var i denna del som han upptäckte spår av ett radioaktivt ämne med en halveringstid på 2,3 dagar och hög strålningsintensitet. Sådan aktivitet observerades inte i andra fraktioner av fragment. McMillan kunde visa att detta ämne X är en sönderfallsprodukt av isotopen uran-239:

Kemisten F. Ableson gick med i arbetet. Det visade sig att ett radioaktivt ämne med en halveringstid på 2,3 dagar kan separeras kemiskt från uran och torium och inte har något med rhenium att göra. Sålunda kollapsade antagandet att element 93 skulle vara ekarenium.

Den framgångsrika syntesen av neptunium (det nya elementet fick sitt namn efter solsystemets planet) tillkännagavs av den amerikanska tidskriften "Physical Review" i början av 1940. Så började eran av syntesen av transuranelement, som visade sig vara mycket viktig för den fortsatta utvecklingen av Mendeleevs doktrin om periodicitet.

Ris. 17. Schema för syntes av element nr 93 - neptunium.

Till och med perioderna för de längst levande isotoper av transuranelement är som regel betydligt kortare än jordens ålder, och därför är deras existens i naturen för närvarande praktiskt taget utesluten. Därför är orsaken till brottet i den naturliga serien av kemiska grundämnen på uran - element 92 tydlig.

Neptunium följdes av plutonium. Det syntetiserades genom en kärnreaktion:

vintern 1940-1941 Den amerikanske vetenskapsmannen G. Seaborg och hans kollegor (flera nya transuranelement syntetiserades sedan i G. Seaborgs laboratorium). Men den viktigaste isotopen av plutonium visade sig ha en halveringstid på 24 360 år. Dessutom klyvs plutonium-239 mycket mer intensivt under påverkan av långsamma neutroner än

Ris. 18. Schema för syntes av element nr 94 - plutonium.

På 40-talet ytterligare tre grundämnen tyngre än uran syntetiserades: americium (till ära av Amerika), curium (till ära av M. och P. Curie) och berkelium (till ära av Berkeley i Kalifornien). Målet i kärnreaktorer var plutonium-239, bombarderat av neutroner och a-partiklar, och americium (dess bestrålning ledde till syntesen av berkelium):

.

50-tal började med syntesen av californium (nr 98). Det erhölls när den långlivade isotopen curium-242 ackumulerades i betydande mängder och ett mål gjordes från den. Kärnreaktion: ledde till syntesen av ett nytt element 98.

För att gå mot grundämnena 99 och 100 måste man vara försiktig med att samla vikter av berkelium och californium. Beskjutningen av mål gjorda av dem med a-partiklar gav grund för att syntetisera nya grundämnen. Men halveringstiden (timmar och minuter) för de syntetiserade isotoperna av elementen 97 och 98 var för korta, och detta visade sig vara ett hinder för deras ackumulering i de krävda kvantiteterna. Ett annat sätt föreslogs också: långtidsbestrålning av plutonium med ett intensivt neutronflöde. Men vi skulle behöva vänta på resultaten i många år (för att få en av berkeliumisotoperna i sin rena form bestrålades plutoniummålet i 6 år!). Det fanns bara ett sätt att avsevärt minska syntestiden: att kraftigt öka neutronstrålens kraft. Detta visade sig vara omöjligt i laboratorier.

En termonukleär explosion kom till undsättning. Den 1 november 1952 exploderade amerikanerna en termonukleär anordning på Eniwetak-atollen i Stilla havet. Flera hundra kilo jord samlades in från explosionsplatsen och prover undersöktes. Som ett resultat var det möjligt att upptäcka isotoper av grundämnena 99 och 100, namngivna respektive einsteinium (till ära av A. Einstein) och fermium (till ära av E. Fermi).

Neutronflödet som genererades under explosionen visade sig vara mycket kraftfullt att uran-238 kärnorna kunde absorbera ett stort antal neutroner på mycket kort tid. Dessa supertunga isotoper av uran, som ett resultat av kedjor av successiva sönderfall, förvandlades till isotoper av einsteinium och fermium (Figur 19).

Ris. 19. Schema för syntes av element nr 99 – einsteinium och nr 100 – fermium.

Mendeleevium är namnet på det kemiska elementet nr 101, syntetiserat av amerikanska fysiker under ledning av G. Seaborg 1955. Författarna till syntesen döpte det nya grundämnet "till ära för den store ryske kemistens förtjänster, som var den första att använd det periodiska systemet för att förutsäga egenskaperna hos oupptäckta kemiska grundämnen." Forskare lyckades samla ihop tillräckligt med einsteinium för att förbereda ett mål från det (mängden einsteinium mättes i en miljard atomer); Genom att bestråla den med a-partiklar var det möjligt att beräkna syntesen av kärnor av element 101 (Figur 20):

Ris. 20. Schema för syntes av element nr 101 - mendeleevium.

Halveringstiden för den resulterande isotopen visade sig vara mycket längre än vad teoretiker förväntade sig. Och även om endast ett fåtal mendeleeviumatomer erhölls som ett resultat av syntesen, visade det sig vara möjligt att studera deras kemiska egenskaper med samma metoder som användes för tidigare transuraner.

En värdig bedömning av den periodiska lagen gavs av William Razmay, som hävdade att den periodiska lagen är en sann kompass för forskare.

Det gick ganska många år efter hans död och Mendeleev-systemet blev den viktigaste länken i vår kunskap om den värld vi lever i, om materiens utveckling i universum, sedan Mendeleev i sina vetenskapliga upptäckter, och särskilt i upptäckten av den periodiska lagen, tillämpade faktiskt den dialektiska metoden för kunskapsfenomen i naturen, i samband med vilken han prisades mycket av Friedrich Engels, som vid bedömningen av den periodiska lagen noterade att vetenskapsmannen, även om han omedvetet tillämpade Hegels lag om övergången av kvantitet till kvalitet, fortfarande åstadkommit en vetenskaplig bedrift."

Det är omöjligt att studera kemi annat än på grundval av denna allestädes närvarande lag. Hur löjlig en lärobok i kemi skulle se ut utan det periodiska systemet! Du måste förstå hur olika element är relaterade till varandra och varför de är så sammankopplade. Först då kommer det periodiska systemet att visa sig vara ett rikt förråd av information om egenskaperna hos grundämnen och deras föreningar, ett förråd som lite kan mäta sig med.

En erfaren kemist, bara genom att titta på platsen som upptas av något element i ett system, kan berätta mycket om det: om elementet är en metall eller en icke-metall; om det bildar föreningar med vätehydrider eller inte; vilka oxider är karakteristiska för detta element; vilka valenser den kan uppvisa när den går in i kemiska föreningar; vilka föreningar av detta element kommer att vara stabila och vilka tvärtom kommer att vara ömtåliga; Från vilka föreningar och på vilket sätt är det mest bekvämt och lönsamt att få detta element i fri form. Och om en kemist kan extrahera all denna information från det periodiska systemet, betyder det att han behärskar det väl.

Det periodiska systemet är grunden för att få fram nya material och ämnen med nya, ovanliga, förutbestämda egenskaper, ämnen som är okända för naturen. De skapas nu i stora mängder. Det blev också en ledstråd för syntesen av halvledarmaterial. Med hjälp av många exempel har forskare upptäckt att föreningar av grundämnen som upptar vissa platser i det periodiska systemet (främst i dess grupper III – V) har eller borde ha de bästa halvledaregenskaperna.

Det är omöjligt att sätta uppgiften att skaffa nya legeringar samtidigt som man ignorerar det periodiska systemet. När allt kommer omkring bestäms legeringarnas struktur och egenskaper av metallernas position i tabellen. För närvarande är tusentals olika legeringar kända.

Kanske kan man i vilken gren av modern kemi som helst märka en återspegling av den periodiska lagen. Men det är inte bara kemister som böjer sina huvuden inför hans storhet. I den svåra och fascinerande uppgiften att syntetisera nya grundämnen är det omöjligt att göra utan den periodiska lagen. En gigantisk naturlig process för syntes av kemiska grundämnen sker i stjärnor. Forskare kallar denna process nukleosyntes.

Än så länge har forskare ingen aning om på vilka exakta sätt, som ett resultat av vilka på varandra följande kärnreaktioner, de kemiska elementen som vi känner till bildades. Det finns många hypoteser om nukleosyntes, men det finns ingen fullständig teori ännu. Men vi kan med tillförsikt säga att även de mest skygga antagandena om elementens ursprungsvägar skulle vara omöjliga utan att ta hänsyn till det sekventiella arrangemanget av element i det periodiska systemet. Lagarna för nukleär periodicitet, struktur och egenskaper hos atomkärnor ligger till grund för olika nukleosyntesreaktioner.

Det skulle ta lång tid att lista de områden av mänsklig kunskap och praktik där den stora lagen och systemet av element spelar en viktig roll. Och för att säga sanningen, vi föreställer oss inte ens hela skalan av Mendeleevs doktrin om periodicitet. Många gånger kommer det att visa sina oväntade aspekter för forskare.

Mendeleev är utan tvekan en av världens största kemister. Även om det har gått mer än hundra år sedan hans lag, vet ingen när hela innehållet i det berömda periodiska systemet kommer att förstås fullt ut.

Ris. 21. Foto av Dmitry Ivanovich Mendeleev.

Ris. 22. Russian Chemical Society under ordförandeskap

1. Petryanov I.V., Trifonov D.N. "Den stora lagen"

Moskva, "Pedagogy", 1984

2. Kedrov B. M. "Prognoser för D. I. Mendeleev i atomism"

Moskva, Atomizdat, 1977

3. Agafoshin N. P. "Periodisk lag och det periodiska systemet av element av D. I. Mendeleev" Moskva, "Enlightenment", 1973

4. "D. I. Mendeleev i sina samtidas memoarer" Moskva, "Atomizdat", 1973.

5. Volkov V. A. biografisk referensbok "Outstanding Chemists of the World" Moskva, "Higher School", 1991

6. Bogolyubova L.N. "Biografier om stora kemister" Moskva, "Enlightenment", 1997

7. Ivanova L. F., Egorova E. N. skrivbordsuppslagsverk "Allt om allt" Moskva, "Mnemosyne", 2001

8. Sammanfattning L.B. barnuppslagsverk ”Jag utforskar världen. Kemi" Moskva, "Olympus", 1998

Upptäckten av tabellen över periodiska kemiska grundämnen var en av de viktiga milstolparna i historien om utvecklingen av kemi som vetenskap. Upptäckaren av bordet var den ryske vetenskapsmannen Dmitrij Mendelejev. En extraordinär forskare med ett brett vetenskapligt perspektiv lyckades kombinera alla idéer om kemiska grundämnens natur till ett enda sammanhängande koncept.

M24.RU kommer att berätta om historien om upptäckten av tabellen över periodiska element, intressanta fakta relaterade till upptäckten av nya element och folksagor som omgav Mendeleev och tabellen över kemiska element som han skapade.

Tabellöppningshistorik

I mitten av 1800-talet hade 63 kemiska grundämnen upptäckts och forskare runt om i världen har upprepade gånger gjort försök att kombinera alla befintliga grundämnen till ett enda koncept. Det föreslogs att placera elementen i ordning efter ökande atommassa och dela in dem i grupper enligt liknande kemiska egenskaper.

År 1863 föreslog kemisten och musikern John Alexander Newland sin teori, som föreslog en layout av kemiska element som liknade den som upptäcktes av Mendeleev, men forskarens arbete togs inte på allvar av det vetenskapliga samfundet på grund av det faktum att författaren fördes bort genom sökandet efter harmoni och kopplingen mellan musik och kemi.

1869 publicerade Mendeleev sitt diagram över det periodiska systemet i Journal of the Russian Chemical Society och skickade meddelande om upptäckten till världens ledande forskare. Därefter förfinade och förbättrade kemisten upprepade gånger schemat tills det fick sitt vanliga utseende.

Kärnan i Mendeleevs upptäckt är att med ökande atommassa förändras grundämnenas kemiska egenskaper inte monotont utan periodiskt. Efter ett visst antal element med olika egenskaper börjar egenskaperna upprepas. Således liknar kalium natrium, fluor liknar klor och guld liknar silver och koppar.

1871 kombinerade Mendeleev slutligen idéerna till den periodiska lagen. Forskare förutspådde upptäckten av flera nya kemiska grundämnen och beskrev deras kemiska egenskaper. Därefter bekräftades kemistens beräkningar helt - gallium, scandium och germanium motsvarade helt de egenskaper som Mendeleev tillskrev dem.

Berättelser om Mendeleev

Det fanns många berättelser om den berömda vetenskapsmannen och hans upptäckter. Människor på den tiden hade liten förståelse för kemi och trodde att att studera kemi var ungefär som att äta soppa från spädbarn och stjäla i industriell skala. Därför fick Mendeleevs aktiviteter snabbt en mängd rykten och legender.

En av legenderna säger att Mendeleev upptäckte tabellen över kemiska element i en dröm. Detta är inte det enda fallet; August Kekule, som drömde om bensenringens formel, talade också om sin upptäckt. Men Mendeleev bara skrattade åt kritikerna. "Jag har tänkt på det i kanske tjugo år, och du säger: Jag satt där och plötsligt... klar!" sa vetenskapsmannen en gång om sin upptäckt.

En annan berättelse krediterar Mendeleev med upptäckten av vodka. År 1865 försvarade den store vetenskapsmannen sin avhandling om ämnet "Diskurs om kombinationen av alkohol med vatten", och detta gav omedelbart upphov till en ny legend. Kemistens samtida skrattade och sa att vetenskapsmannen "skapar ganska bra under påverkan av alkohol i kombination med vatten", och efterföljande generationer kallade redan Mendeleev för upptäckaren av vodka.

De skrattade också åt vetenskapsmannens livsstil, och särskilt åt det faktum att Mendeleev utrustade sitt laboratorium i hålet i en enorm ek.

Samtiden gjorde också narr av Mendeleevs passion för resväskor. Forskaren, under sin ofrivilliga inaktivitet i Simferopol, tvingades fördriva tiden genom att väva resväskor. Senare tillverkade han självständigt kartongbehållare för laboratoriets behov. Trots den tydliga "amatören" av denna hobby, kallades Mendeleev ofta en "mästare på resväskor."

Upptäckt av radium

En av de mest tragiska och samtidigt berömda sidorna i kemins historia och uppkomsten av nya element i det periodiska systemet är förknippad med upptäckten av radium. Det nya kemiska elementet upptäcktes av makarna Marie och Pierre Curie, som upptäckte att avfallet som blev kvar efter separeringen av uran från uranmalm var mer radioaktivt än rent uran.

Eftersom ingen visste vad radioaktivitet var vid den tiden, tillskrev rykten snabbt helande egenskaper och förmågan att bota nästan alla sjukdomar kända för vetenskapen till det nya elementet. Radium ingick i livsmedel, tandkräm och ansiktskrämer. De rika bar klockor vars urtavlor var målade med färg som innehöll radium. Det radioaktiva elementet rekommenderades som ett sätt att förbättra styrkan och lindra stress.

Sådan "produktion" fortsatte i tjugo år - fram till 30-talet av 1900-talet, då forskare upptäckte radioaktivitetens verkliga egenskaper och fick reda på hur destruktiv effekten av strålning är på människokroppen.

Marie Curie dog 1934 av strålsjuka orsakad av långvarig exponering för radium.

Nebulium och Coronium

Det periodiska systemet ordnade inte bara de kemiska elementen i ett enda harmoniskt system, utan gjorde det också möjligt att förutsäga många upptäckter av nya grundämnen. Samtidigt erkändes vissa kemiska "grundämnen" som obefintliga på grund av att de inte passade in i begreppet periodisk lag. Den mest kända historien är "upptäckten" av de nya elementen nebulium och koronium.

Medan de studerade solatmosfären upptäckte astronomer spektrallinjer som de inte kunde identifiera med någon av de kemiska grundämnen som är kända på jorden. Forskare föreslog att dessa linjer tillhör ett nytt element, som kallades koronium (eftersom linjerna upptäcktes under studiet av solens "korona" - det yttre lagret av stjärnans atmosfär).

Några år senare gjorde astronomer ytterligare en upptäckt när de studerade gasnebulosornas spektra. De upptäckta linjerna, som återigen inte kunde identifieras med något jordbundet, tillskrevs ett annat kemiskt element - nebulium.

Upptäcktena kritiserades för att det inte längre fanns plats i Mendelejevs periodiska system för grundämnen med egenskaperna nebulium och koronium. Efter kontroll upptäcktes det att nebulium är vanligt markbundet syre och koronium är starkt joniserat järn.

Materialet skapades utifrån information från öppna källor. Förberedd av Vasily Makagonov @vmakagonov

UPPTÄCKT AV DEN PERIODISKA LAGEN

Den periodiska lagen upptäcktes av D.I. Mendeleev när han arbetade med texten i läroboken "Fundamentals of Chemistry", när han stötte på svårigheter med att systematisera faktamaterialet. I mitten av februari 1869, när han funderade över strukturen i läroboken, kom forskaren gradvis till slutsatsen att egenskaperna hos enkla ämnen och atommassorna av element är förbundna med ett visst mönster.

Upptäckten av det periodiska systemet för grundämnen gjordes inte av en slump; det var resultatet av ett enormt arbete, långt och mödosamt arbete, som tillbringades av Dmitry Ivanovich själv och många kemister bland hans föregångare och samtida. "När jag började slutföra min klassificering av elementen, skrev jag på separata kort varje element och dess sammansättningar, och sedan, ordnade dem i ordningen av grupper och serier, fick jag den första visuella tabellen av den periodiska lagen. Men detta var bara slutackordet, resultatet av allt tidigare arbete...” sa vetenskapsmannen. Mendeleev betonade att hans upptäckt var resultatet av tjugo års tänkande om sambanden mellan element, tänkande om förhållanden mellan element från alla håll.

Den 17 februari (1 mars) färdigställdes manuskriptet till artikeln, innehållande en tabell med titeln "An Experiment on a System of Elements Based on Their Atomic Weights and Chemical Similarities", och skickades till tryckeriet med anteckningar för sättare och datum "17 februari 1869." Tillkännagivandet av Mendeleevs upptäckt gjordes av redaktören för Russian Chemical Society, professor N.A. Menshutkin, vid ett möte i sällskapet den 22 februari (6 mars 1869. Mendeleev själv var inte närvarande vid mötet, eftersom vid den tiden, på instruktioner från Free Economic Society undersökte han Tverskaya-ostfabrikerna och Novgorod-provinserna.

I den första versionen av systemet arrangerades elementen av forskaren i nitton horisontella rader och sex vertikala kolumner. Den 17 februari (1 mars) var upptäckten av den periodiska lagen på intet sätt fullbordad utan började först. Dmitry Ivanovich fortsatte sin utveckling och fördjupning i nästan tre år till. År 1870 publicerade Mendeleev den andra versionen av systemet i "Fundamentals of Chemistry" ("Natural System of Elements"): horisontella kolumner av analoga element förvandlades till åtta vertikalt arrangerade grupper; de sex vertikala kolumnerna i den första versionen blev perioder som började med alkalimetall och slutade med halogen. Varje period delades upp i två serier; element av olika serier som ingår i gruppen bildade undergrupper.

Kärnan i Mendeleevs upptäckt var att med en ökning av atommassan av kemiska element förändras deras egenskaper inte monotont, utan periodiskt. Efter ett visst antal grundämnen med olika egenskaper, ordnade i ökande atomvikt, börjar egenskaperna upprepas. Skillnaden mellan Mendeleevs arbete och hans föregångares arbete var att Mendeleev inte hade en grund för att klassificera element, utan två - atommassa och kemisk likhet. För att periodiciteten skulle kunna observeras fullt ut, korrigerade Mendeleev atommassorna för vissa element, placerade flera element i sitt system i strid med de accepterade idéerna vid den tiden om deras likhet med andra, och lämnade tomma celler i tabellen där element ännu inte upptäckts borde ha placerats.

År 1871, baserat på dessa verk, formulerade Mendeleev den periodiska lagen, vars form förbättrades något med tiden.

Grundämnenas periodiska system hade ett stort inflytande på den efterföljande utvecklingen av kemin. Det var inte bara den första naturliga klassificeringen av kemiska grundämnen, som visar att de bildar ett harmoniskt system och står i nära anslutning till varandra, utan det var också ett kraftfullt verktyg för vidare forskning. Vid den tidpunkt då Mendeleev sammanställde sin tabell utifrån den periodiska lag han upptäckte, var många grundämnen fortfarande okända. Mendeleev var inte bara övertygad om att det måste finnas ännu okända element som skulle fylla dessa utrymmen, utan han förutspådde också i förväg egenskaperna hos sådana element baserat på deras position bland andra element i det periodiska systemet. Under de kommande 15 åren bekräftades Mendeleevs förutsägelser briljant; alla tre förväntade grundämnen upptäcktes (Ga, Sc, Ge), vilket var den periodiska lagens största triumf.

DI. Mendeleev skickade in manuskriptet "Erfarenhet av ett system av element baserat på deras atomvikt och kemiska likhet" // Presidential Library // Day in History http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006

RYSKA KEMISKA SAMHÄLLET

The Russian Chemical Society är en vetenskaplig organisation som grundades vid St. Petersburgs universitet 1868 och var en frivillig sammanslutning av ryska kemister.

Behovet av att skapa sällskapet tillkännagavs vid den första kongressen för ryska naturforskare och läkare, som hölls i St. Petersburg i slutet av december 1867 - början av januari 1868. På kongressen tillkännagavs beslutet från deltagarna i den kemiska sektionen :

"Kemiska sektionen uttryckte en enhällig önskan att förenas i Chemical Society för kommunikationen av de redan etablerade styrkorna av ryska kemister. Sektionen tror att detta sällskap kommer att ha medlemmar i alla städer i Ryssland, och att dess publicering kommer att omfatta verk av alla ryska kemister, publicerade på ryska."

Vid denna tidpunkt hade kemiska föreningar redan etablerats i flera europeiska länder: London Chemical Society (1841), French Chemical Society (1857), German Chemical Society (1867); American Chemical Society grundades 1876.

Den ryska kemiföreningens stadga, sammanställd huvudsakligen av D.I. Mendeleev, godkändes av ministeriet för offentlig utbildning den 26 oktober 1868, och sällskapets första möte ägde rum den 6 november 1868. Till en början omfattade det 35 kemister från St. Petersburg, Kazan, Moskva, Warszawa, Kiev, Kharkov och Odessa. N. N. Zinin blev den första presidenten för det ryska kultursällskapet, och N. A. Menshutkin blev sekreterare. Medlemmar i samhället betalade medlemsavgifter (10 rubel per år), nya medlemmar antogs endast på rekommendation av tre befintliga. Under det första året av sin existens växte RCS från 35 till 60 medlemmar och fortsatte att växa smidigt under efterföljande år (129 år 1879, 237 år 1889, 293 år 1899, 364 år 1909, 565 år 1917).

1869 hade det ryska kemisamfundet sitt eget tryckta organ - Journal of the Russian Chemical Society (ZHRKhO); Tidningen utkom 9 gånger per år (månadsvis, förutom sommarmånaderna). Redaktören för ZhRKhO från 1869 till 1900 var N. A. Menshutkin, och från 1901 till 1930 - A. E. Favorsky.

1878 slogs det ryska kemiska sällskapet samman med det ryska fysikaliska sällskapet (grundat 1872) för att bilda det ryska fysikalisk-kemiska sällskapet. De första presidenterna för Russian Federal Chemical Society var A. M. Butlerov (1878–1882) och D. I. Mendeleev (1883–1887). I samband med enandet 1879 (från 11:e volymen) döptes "Journal of the Russian Chemical Society" om till "Journal of the Russian Physico-Chemical Society". Utgivningsfrekvensen var 10 nummer per år; Tidningen bestod av två delar – kemisk (ZhRKhO) och fysikalisk (ZhRFO).

Många verk av klassiker från rysk kemi publicerades för första gången på ZhRKhO-sidorna. Vi kan särskilt notera D. I. Mendeleevs arbete om skapandet och utvecklingen av det periodiska systemet för element och A. M. Butlerov, förknippat med utvecklingen av hans teori om strukturen hos organiska föreningar; forskning av N. A. Menshutkin, D. P. Konovalov, N. S. Kurnakov, L. A. Chugaev inom området oorganisk och fysikalisk kemi; V. V. Markovnikov, E. E. Vagner, A. M. Zaitsev, S. N. Reformatsky, A. E. Favorsky, N. D. Zelinsky, S. V. Lebedev och A. E. Arbuzov inom området organisk kemi. Under perioden 1869 till 1930 publicerades 5067 ursprungliga kemiska studier i ZhRKhO, sammanfattningar och översiktsartiklar om vissa frågor om kemi och översättningar av de mest intressanta verken från utländska tidskrifter publicerades också.

RFCS blev grundaren av Mendeleev-kongresserna för allmän och tillämpad kemi; De tre första kongresserna hölls i S:t Petersburg 1907, 1911 och 1922. 1919 avbröts publiceringen av ZHRFKhO och återupptogs först 1924.