ВІДКРИТТЯ ПЕРІОДИЧНОГО ЗАКОНУ
Періодичний закон було відкрито Д. І. Менделєєвим під час роботи над текстом підручника «Основи хімії», що він зіткнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 р., обмірковуючи структуру підручника, учений поступово дійшов висновку, що властивості простих речовин, і атомні маси елементів пов'язує певна закономірність.
Відкриття періодичної таблиці елементів було здійснено не випадково, це був результат величезної праці, тривалої та копіткої роботи, яка була витрачена і самим Дмитром Івановичем, та безліччю хіміків з числа його попередників та сучасників. «Коли я став остаточно оформлювати мою класифікацію елементів, я написав на окремих картках кожен елемент та його з'єднання, і потім, розташувавши їх у порядку груп та рядів, отримав першу наочну таблицю періодичного закону. Але це був лише останній акорд, результат всього попереднього праці…» - говорив учений. Менделєєв підкреслював, що його відкриття було підсумком, що завершив собою двадцятирічний роздум про зв'язки між елементами, обмірковування з усіх боків взаємовідносин елементів.
17 лютого (1 березня) рукопис статті, що містить таблицю під назвою «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній подібності», був закінчений і зданий до друку з позначками для наборщиків і з датою «17 лютого 1869». Повідомлення про відкриття Менделєєва було зроблено редактором «Російського хімічного товариства» професором М. А. Меншуткіним на засіданні товариства 22 лютого (6 березня) 1869 р. та Новгородської губерній.
У першому варіанті системи елементи були розставлені вченим по дев'ятнадцяти горизонтальним рядам і шести вертикальним стовпцям. 17 лютого (1 березня) відкриття періодичного закону аж ніяк не завершилося, а лише розпочалося. Його розробку та поглиблення Дмитро Іванович продовжував ще протягом майже трьох років. У 1870 р. Менделєєв в «Основах хімії» опублікував другий варіант системи («Природну систему елементів»): горизонтальні стовпці елементів-аналогів перетворилися на вісім вертикально розташованих груп; шість вертикальних стовпців першого варіанта перетворилися на періоди, що починалися лужним металом і закінчуються галогеном. Кожен період було розбито на два ряди; елементи різних рядів, що увійшли до групи, утворили підгрупи.
Сутність відкриття Менделєєва у тому, що із зростанням атомної маси хімічних елементів їх властивості змінюються не монотонно, а періодично. Після певної кількості різних за властивостями елементів, які розташовані за зростанням атомної ваги, властивості починають повторюватися. Відмінністю роботи Менделєєва від робіт його попередників було те, що основ для класифікації елементів у Менделєєва була не одна, а дві - атомна маса та хімічна схожість. Для того, щоб періодичність повністю дотримувалася, Менделєєв виправив атомні маси деяких елементів, кілька елементів розмістив у своїй системі всупереч прийнятим у той час уявленням про їхню схожість з іншими, залишив у таблиці порожні клітини, де мали розміститися поки що не відкриті елементи.
У 1871 р. на основі цих робіт Менделєєв сформулював Періодичний закон, форма якого згодом була дещо вдосконалена.
Періодична система елементів дуже вплинула на подальший розвиток хімії. Вона була першою природною класифікацією хімічних елементів, яка показала, що вони утворюють струнку систему і у тісному зв'язку друг з одним, а й стала могутнім знаряддям для подальших досліджень. У той час, коли Менделєєв на основі відкритого ним періодичного закону складав свою таблицю, багато елементів ще невідомі. Менделєєв був не тільки переконаний, що повинні існувати ще невідомі елементи, які заповнять ці місця, а й заздалегідь передбачив властивості таких елементів, ґрунтуючись на їхньому становищі серед інших елементів періодичної системи. Протягом наступних 15 років прогнози Менделєєва блискуче підтвердилися; всі три очікувані елементи відкрили (Ga, Sc, Ge), що було найбільшим тріумфом періодичного закону.
Д.І. Менделєєвим здано в набір рукопис «Досвід системи елементів, що ґрунтується на їхній атомній вазі та хімічній подібності» // Президентська бібліотека // День в історії http://www.prlib.ru/History/Pages/Item.aspx?itemid=1006
РОСІЙСЬКЕ ХІМІЧНЕ ТОВАРИСТВО
Російське хімічне суспільство – наукова організація, заснована при Санкт-Петербурзькому університеті в 1868 р. і являла собою добровільне об'єднання російських хіміків.
Про необхідність створення Товариства було заявлено на 1-му З'їзді російських дослідників природи і лікарів, що відбувся в Санкт-Петербурзі наприкінці грудня 1867 - початку січня 1868 р. На З'їзді було оголошено рішення учасників Хімічної секції:
«Хімічна секція заявила одностайне бажання з'єднатися в Хімічне суспільство для спілкування сил російських хіміків, що вже склалися. Секція вважає, що це суспільство матиме членів у всіх містах Росії, і що його видання включатиме праці всіх російських хіміків, які друкуються російською мовою».
До цього часу вже було засновано хімічні товариства у кількох європейських країнах: Лондонське хімічне товариство (1841), Хімічне товариство Франції (1857), Німецьке хімічне товариство (1867); Американське хімічне суспільство було засноване 1876 р.
Статут Російського хімічного товариства, складений в основному Д. І. Менделєєвим, був затверджений Міністерством народної освіти 26 жовтня 1868, а перше засідання Товариства відбулося 6 листопада 1868 Спочатку в його склад увійшли 35 хіміків з Петербурга, Казані, Москви, , Києва, Харкова та Одеси. Першим Президентом РХО став М. М. Зінін, секретарем – М. А. Меншуткин. Члени товариства сплачували членські внески (10 руб. на рік), прийом нових членів здійснювався лише за рекомендацією трьох чинних. У перший рік свого існування РХО виросло з 35 до 60 членів і продовжувало плавно рости в наступні роки (129 – у 1879 р., 237 – у 1889 р., 293 – у 1899 р., 364 – у 1909 р., 565 – 1917 р.).
У 1869 р. у РХО виник свій друкований орган – «Журнал Російського хімічного товариства» (ЖРГО); журнал виходив 9 разів на рік (щомісяця, крім літніх місяців). Редактором ЖРГО з 1869 по 1900 був М. А. Меншуткин, і з 1901 по 1930 – А. Є. Фаворський.
У 1878 р. РХО об'єдналося з Російським фізичним суспільством (засновано 1872 р.) в Російське фізико-хімічне суспільство. Першими Президентами РФХО були А. М. Бутлеров (1878–1882 рр.) та Д. І. Менделєєв (1883–1887 рр.). У зв'язку з об'єднанням з 1879 р. (з 11-го тому) «Журнал Російського хімічного товариства» було перейменовано на «Журнал Російського фізико-хімічного товариства». Періодичність видання складала 10 номерів на рік; журнал складався з двох частин – хімічної (ЖРХО) та фізичної (ЖРФО).
На сторінках ЖРГО вперше було надруковано багато праць класиків російської хімії. Можна особливо відзначити роботи Д. І. Менделєєва щодо створення та розвитку періодичної системи елементів та А. М. Бутлерова, пов'язані з розробкою його теорії будови органічних сполук; дослідження Н. А. Меншуткіна, Д. П. Коновалова, Н. С. Курнакова, Л. А. Чугаєва в галузі неорганічної та фізичної хімії; В. Ст. хімії. За період з 1869 по 1930 р. в ЖРГО було опубліковано 5067 оригінальних хімічних досліджень, друкувалися також реферати та оглядові статті з окремих питань хімії, переклади найцікавіших робіт із іноземних журналів.
РФХО стало засновником Менделєєвських з'їздів із загальної та прикладної хімії; три перші з'їзди пройшли в С.-Петербурзі в 1907, 1911 та 1922 рр. У 1919 р. видання ЖРФХО було припинено та відновлено лише у 1924 р.
Історія відкриття періодичного закону.
Взимку 1867-68 року Менделєєв почав писати підручник "Основи хімії" і одразу зіткнувся з труднощами систематизації фактичного матеріалу. До середини лютого 1869 року, обмірковуючи структуру підручника, він поступово дійшов висновку, що властивості простих речовин (а це є форма існування хімічних елементів у вільному стані) та атомні маси елементів пов'язує певна закономірність.
Менделєєв багато чого не знав про спроби його попередників розташувати хімічні елементи щодо зростання їх атомних мас і про казусах, що виникають при цьому. Наприклад, він не мав майже жодної інформації про роботи Шанкуртуа, Ньюлендса та Мейєра.
Вирішальний етап його роздумів настав 1 березня 1869 (14 лютого за старим стилем). На день раніше Менделєєв написав прохання про відпустку на десять днів для обстеження артельних сироварень у Тверській губернії: він отримав лист із рекомендаціями щодо вивчення виробництва сиру від А. І. Ходнєва - одного з керівників Вільного економічного товариства.
За сніданком Менделєєву спала на думку несподівана думка: зіставити близькі атомні маси різних хімічних елементів та його хімічні властивості.
Недовго думаючи, на звороті листи Ходнева він записав символи хлору Cl і калію K з досить близькими атомними масами, рівними відповідно 35,5 і 39 (різниця лише 3,5 одиниці). На тому листі Менделєєв накидав символи інших елементів, відшукуючи серед них подібні "парадоксальні" пари: фтор F і натрій Na, бром Br і рубідій Rb, йод I і цезій Cs, для яких відмінність мас зростає з 4,0 до 5,0 а потім і до 6,0. Менделєєв тоді було знати, що " невизначена зона " між явними неметалами і металами містить елементи - благородні гази, відкриття яких у подальшому істотно видозмінить Періодичну систему.
Після сніданку Менделєєв закрився у своєму кабінеті. Він дістав з конторки пачку візитних карток і став на їхній звороті писати символи елементів та їхні головні хімічні властивості.
Через деякий час домочадці почули, як з кабінету почало долинати: "У-у-у! Рогата. Ух, яка рогата! Я ті здолаю. Уб'ю-у!" Ці вигуки означали, що в Дмитра Івановича настало творче натхнення Менделєєв перекладав картки з одного горизонтального ряду до іншого, керуючись значеннями атомної маси та властивостями простих речовин, утворених атомами одного й того самого елемента. Вкотре на допомогу йому прийшло досконале знання неорганічної хімії. Поступово почав вимальовуватись образ майбутньої Періодичної системи хімічних елементів.
Так, спочатку він поклав картку з елементом бериллієм Be (атомна маса 14) поруч із карткою елемента алюмінію Al (атомна маса 27,4), за тодішньою традицією прийнявши берилій за аналог алюмінію. Однак потім зіставивши хімічні властивості, він помістив берилій над магнієм Mg. Засумнівавшись у загальноприйнятому тоді значенні атомної маси берилію, він змінив її на 9,4, а формулу оксиду берилію переробив з Be 2 O 3 BeO (як у оксиду магнію MgO). До речі, "виправлене" значення атомної маси берилію підтвердилося лише за десять років. Так само сміливо діяв він і в інших випадках.
Поступово Дмитро Іванович дійшов остаточного висновку, що елементи, розташовані за зростанням їх атомних мас, виявляють явну періодичність фізичних та хімічних властивостей. Протягом усього дня Менделєєв працював над системою елементів, ненадовго відриваючись, щоб пограти з дочкою Ольгою, пообідати і повечеряти. Увечері 1 березня 1869 року він набіло переписав складену ним таблицю і під назвою "Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній подібності" послав її в друкарню, зробивши позначки для наборщиків і поставивши дату "17 лютого 1869 року" (за старим стилем) ).
Так було відкрито Періодичний закон, сучасне формулювання якого таке:
«Властивості простих речовин, а також форми та властивості сполук елементів перебувають у періодичній залежності від заряду ядер їх атомів»
Менделєєву тоді було лише 35 років. Надруковані листки з таблицею елементів Менделєєв розіслав багатьом вітчизняним та зарубіжним хімікам і тільки після цього виїхав з Петербурга для обстеження сироварень.
До від'їзду він ще встиг передати Н. А. Меншуткіну, хіміку-органіку та майбутньому історику хімії, рукопис статті "Співвідношення властивостей з атомною вагою елементів" - для публікації в Журналі Російського хімічного товариства та для повідомлення на майбутньому засіданні товариства.
Менделєєву після відкриття Періодичного закону потрібно зробити ще багато. Причина періодичного зміни властивостей елементів залишалася невідомою, не знаходила пояснення і структура Періодичної системи, де властивості повторювалися через сім елементів у восьмого. Однак із цих чисел було знято перший покрив таємничості: у другому та третьому періодах системи знаходилося, тоді якраз по сім елементів.
Не всі елементи Менделєєв розмістив у порядку зростання атомних мас; у деяких випадках він більше керувався схожістю хімічних властивостей. Так, у кобальту Co атомна маса більша, ніж у нікелю Ni, у телуру Te вона також більша, ніж у йоду I, але Менделєєв розмістив їх у порядку Co – Ni, Te – I, а не навпаки. Інакше телур потрапляв би до групи галогенів, а йод ставав родичем селену Se.
Найважливіше ж у відкритті Періодичного закону - передбачення існування ще відкритих хімічних елементів.
Під алюмінієм Al Менделєєв залишив місце для його аналога "екаалюмінію", під бором B - для "екобору", а під кремнієм Si - для "екасиліція".
Так назвав Менделєєв ще відкриті хімічні елементи. Він навіть дав їм символи El, Eb та Es.
З приводу елемента "екасиліція" Менделєєв писав: "Мені здається, найцікавішим з безперечно відсутніх металів буде той, який належить до IV групи аналогів вуглецю, а саме, до III ряду. Це буде метал, який наступить відразу ж за кремнієм, і тому назвемо його екасиліцієм". Дійсно, цей ще не відкритий елемент повинен був стати своєрідним "замком", що зв'язує два типові неметалу - вуглець C і кремній Si - з двома типовими металами - оловом Sn і свинцем Pb.
Не всі закордонні хіміки одразу оцінили значення відкриття Менделєєва. Дуже багато воно змінювало у світі сформованих уявлень. Так, німецький фізико-хімік Вільгельм Оствальд, майбутній лауреат Нобелівської премії, стверджував, що відкрито не закон, а принцип класифікації "чогось невизначеного". Німецький хімік Роберт Бунзен, який відкрив у 1861 році два нові лужні елементи, рубідій Rb і цезій Cs, писав, що Менделєєв захоплює хіміків "у надуманий світ чистих абстракцій".
З кожним роком Періодичний закон завойовував дедалі більше прихильників, яке відкривач - дедалі більше визнання. У лабораторії Менделєєва почали з'являтися високопоставлені відвідувачі, зокрема навіть великий князь Костянтин Миколайович, керуючий морським відомством.
Менделєєв точно передбачив властивості екаалюмінію: його атомну масу, щільність металу, формулу оксиду El 2 O 3 хлориду ElCl 3 сульфату El 2 (SO 4) 3 . Після відкриття галію ці формули стали записувати як Ga 2 O 3 GaCl 3 і Ga 2 (SO 4) 3 .
Менделєєв передбачив, що це буде дуже легкоплавкий метал, і дійсно, температура плавлення галію дорівнювала 29,8 С о. За легкоплавкістю галій поступається тільки ртуті Hg і цезію Cs.
В 1886 професор Гірської академії у Фрейбурзі німецький хімік Клеменс Вінклер при аналізі рідкісного мінералу аргіродиту складу Ag 8 GeS 6 виявив ще один елемент, передбачений Менделєєвим. Вінклер назвав відкритий ним елемент германієм Ge на честь своєї батьківщини, але це чомусь викликало різкі заперечення з боку деяких хіміків. Вони стали звинувачувати Вінклера в націоналізмі, у присвоєнні відкриття, яке зробив Менделєєв, який уже дав елементу ім'я "екасилицій" та символ Es. Збентежений Вінклер звернувся за порадою до самого Дмитра Івановича. Той пояснив, що саме першовідкривач нового елемента має дати йому назву.
Передбачити існування групи шляхетних газів Менделєєв було, і спочатку не знайшлося місця у Періодичної системі.
Відкриття аргону Ar англійськими вченими У. Рамзаєм і Дж. Релеєм в 1894 відразу викликало бурхливі дискусії і сумніви в Періодичному законі та Періодичній системі елементів. Менделєєв спочатку вважав аргон алотропною модифікацією азоту і лише 1900 року під тиском непорушних фактів погодився з присутністю в Періодичній системі "нульової" групи хімічних елементів, яку зайняли інші шляхетні гази, відкриті за аргоном. Тепер ця група відома за номером VIIIА.
У 1905 року Менделєєв написав: " Мабуть, періодичному закону майбутнє не загрожує руйнацією, лише надбудови та розвитку обіцяє, хоча як російського мене хотіли затерти, особливо німці " .
Відкриття Періодичного закону прискорило розвиток хімії та відкриття нових хімічних елементів.
Структура періодичної системи:
періоди, групи, підгрупи.
Отже, з'ясували, що періодична система – це графічне вираження періодичного закону.
Кожен елемент займає певне місце (клітину) у періодичній системі та має свій порядковий (атомний) номер. Наприклад:
Горизонтальні ряди елементів, у яких властивості елементів змінюються послідовно, Менделєєв назвав періодами(починаються лужним металом (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) та закінчуються благородним газом (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn)). Винятки: перший період, що починається воднем та сьомий період, який є незавершеним. Періоди поділяються на маліі великі. Малі періоди складаються з одногогоризонтальний ряд. Перший, другий та третій періоди є малими, в них знаходиться 2 елементи (1-й період) або 8 елементів (2-й, 3-й періоди).
Великі періоди складаються із двох горизонтальних рядів. Четвертий, п'ятий та шостий періоди є великими, в них знаходяться 18 елементів (4-й, 5-й періоди) або 32 елементи (6-й, 7-й період). Верхні рядивеликих періодів називаються парними, нижні ряди – непарними.
У шостому періоді лантаноїди та в сьомому періоді актиноїди розташовуються в нижній частині періодичної системи. У кожному періоді зліва направо металеві властивості елементів слабшають, а неметалеві властивості посилюються. У парних рядах високих періодів перебувають лише метали. У результаті таблиці є 7 періодів, 10 рядів і 8 вертикальних стовпців, названих групами –
це сукупність елементів, які мають однакову високу валентність в оксидах та інших сполуках. Ця валентність дорівнює номеру групи.
Винятки:
У VIII групі тільки Ru та Os мають найвищу валентність VIII.
Групи - вертикальні послідовності елементів, вони нумеруються римською цифрою від I до VIII і російськими літерами А і Б. Кожна група складається з двох підгруп: головної та побічної. Головна підгрупа - А, містить елементи малих та великих періодів. Побічна підгрупа – містить елементи тільки великих періодів. Вони входять елементи періодів, починаючи з четвертого.
У основних підгрупах зверху донизу металеві властивості посилюються, а чи не металеві властивості послаблюються. Усі елементи побічних підгруп є металами.
У гімназії Д. І. Менделєєв навчався спочатку посередньо. У четвертих відомостях, що збереглися в його архіві, багато задовільних оцінок, причому їх більше в молодших і середніх класах. У старших класах Д. І. Менделєєв зацікавився фізико-математичними науками, а також історією та географією, цікавила його і будова Всесвіту. Поступово успіхи юного гімназиста зростали і випускному атестаті, отриманому 14 липня 1849г. були лише дві задовільні оцінки: за законом божому (предмет, що він не любив) і з російської словесності (хорошої оцінки з цього предмета не могло, оскільки Менделєєв погано знав церковнослов'янську мову). Гімназія залишила в душі Д. І. Менделєєва багато світлих спогадів про вчителів: про Петра Павловича Єршова – (автор казки «Коник-Горбунок»), який був спочатку наставником, потім директором Тобольської гімназії; про І. К. Руммеле - (вчитель фізики та математики), що розкрив перед ним шляхи пізнання природи. Літо 1850р. пройшло у клопотах. Спочатку Д. І. Менделєєв подав документи до медико-хірургічної академії, однак першого ж випробування – присутності в анатомічному театрі – він не витримав. Мати підказала інший шлях – стати учителем. Але в Головний педагогічно інститут набір проводився через рік і якраз у 1850р. прийому був. На щастя вплинуло клопотання,Він був зарахований до інституту на державне забезпечення. Дмитро Іванович уже на другому курсі захопився заняттями у лабораторіях, цікавими лекціями.
У 1855 р. Д. І. Менделєєв блискуче закінчив інститут із золотою медаллю. Йому було надано звання старшого вчителя. 27 серпня 1855р. Менделєєв отримав документи про призначення його старшим учителем до Сімферополя. Дмитро Іванович багато працює: викладає математику, фізику, біологію, фізичну географію. За два роки опублікував у «Журналі Міністерства народної освіти» 70 статей.
У квітні 1859 молодого вченого Менделєєва направляють за кордон «для вдосконалення в науках». Він зустрічається з російським хіміком Н. Н Бекетова, з відомим хіміком М. Бертло.
У 1860 році Д. І. Менделєєв бере участь у першому Міжнародному з'їзді хіміків у німецькому місті Карлсруе.
У грудні 1861 року Менделєєв стає ректором університету.
Менделєєв бачив три обставини, які, на його думку, сприяли відкриттю періодичного закону:
По-перше, більш-менш точно визначено величини атомних ваг більшості відомих хімічних елементів;
По-друге, з'явилося чітке уявлення про групи подібних за хімічними властивостями елементів (природні групи);
По-третє, до 1869р. Була вивчена хімія багатьох рідкісних елементів, без знання якої важко було б дійти якогось узагальнення.
Нарешті, вирішальний крок до відкриття закону полягав у тому, що Менделєєв зіставив між собою всі елементи за величиною атомних ваг.
У вересні 1869р. Д. І. Менделєєв показав, що атомні обсяги простих речовин перебувають у періодичної залежності від атомних ваг, а в жовтні виявив валентність елементів у солеутворюючих оксидах.
Влітку 1870р. Менделєєв вважав за необхідне змінити неправильно визначені атомні ваги індію, церію, ітрію, торію та урану і у зв'язку з цим змінив розміщення цих елементів у системі. Так, уран виявився найостаннішим елементом у природному ряду найважчим за величиною атомної ваги.
У міру відкриття нових хімічних елементів дедалі гостріше відчувалася необхідність їх систематизації. У 1869 Д. І. Менделєєв створив періодичну систему елементів і відкрив закон, що лежить в її основі. Це відкриття стало теоретичним синтезом всього попереднього розвитку 10в. : Менделєєв зіставив фізичні та хімічні властивості всіх відомих тоді 63 хімічних елементів з їх атомними вагами і розкрив залежність між двома найважливішими кількісно виміряними властивостями атомів, на яких будувалася вся хімія, - атомною вагою та валентністю.
Через багато років Менделєєв так охарактеризував свою систему: «Це найкраще зведення моїх поглядів і міркувань про періодичність елементів». стоять у періодичній залежності від їхньої атомної ваги».
Не минуло й років як весь світ облетіла звістка: в 1875г. Молодий французький вчений-спектроскопіст П. Лекок де Буабодран виділив з мінералу видобутого у піренейських горах новий елемент. Буабодрана навела на слід слабка фіолетова лінія у спектрі мінералу, яку не можна було приписати жодному з відомих хімічних елементів. На честь своєї батьківщини, яка в давнину називалася Галлією, Буабодран назвав новий елемент галієм. Галій - дуже рідкісний метал, і Буабодрану коштувало більшої праці видобувати його в кількості трохи більше шпилькової голівки. Яке було здивування Буабодрана, коли через Паризьку академію наук він отримав лист з російською маркою, в якому повідомлялося: в описі властивостей галію все вірно, за винятком щільності: галій важчий за воду не в 4,7 рази, як стверджував Буабодран, а в 5, 9 разів. Невже хтось інший відкрив галій раніше? Буабодран заново визначив щільність галію, піддавши метал ретельнішого очищення. І виявилося, що він помилився, а автор листа - це був, звичайно, Менделєєв, який і не бачив галію, - має рацію: відносна щільність галію не 4,7, а 5,9.
А через 16 років після передбачення Менделєєва німецький хімік К. Вінклер відкрив новий елемент (1886) та назвав його германієм. Цього разу Менделєєву не довелося самому вказувати, що цей знову відкритий елемент був їм передбачений раніше. Вінклер зазначив, що германій повністю відповідає екасиліцію Менделєєва. Вінклер писав у своїй роботі: «Чи можна знайти інше більш разючий доказ справедливості вчення про періодичність, як у відкритому елементі. Це не просто підтвердження сміливої теорії, тут бачимо очевидне розширення хімічного кругозору, потужний крок у сфері пізнання».
Існування в природі більше десяти нових, не відомих нікому елементів, передбачив сам Менделєєв. Для десятка елементів він передбачив
Правильна атомна вага. Усі подальші пошуки нових елементів у природі велися дослідниками за допомогою періодичного закону та періодичної системи. Вони не лише допомагали вченим у пошуках істини, а й сприяли виправленню помилок та помилці в науці.
Блискуче виправдалося передбачення Менделєєва – відкрито три нових елементи: галій, скандій, германій. Дозволилася загадка берилію, що довго мучила вчених. Атомна вага його була, нарешті, точно визначена, і місце елемента поруч із літієм підтвердилося раз і назавжди. До 90-х років 19в. , За словами Менделєєва, «періодична законність зміцнилася». До підручників з хімії в різних країнах вже без сумніву почали включати Менделіївську періодичну систему. Велике відкриття отримало загальне визнання.
Долі великих відкриттів часом бувають дуже важкими. На їхньому шляху трапляються випробування, які іноді навіть ставлять під сумнів істинність відкриття. Так було і з періодичною системою елементів.
Воно було пов'язане з несподіваним відкриттям сукупності газоподібних хімічних елементів, що одержали назву інертних або благородних газів. Першим є гелій. Майже всі довідники та енциклопедії датують відкриття гелію 1868р. і пов'язують цю подію з французьким астрономом Ж. Жансеном та англійським астрофізиком Н. Лок'єра. Жансен був присутній за повного сонячного затемнення в Індії в серпні 1868р. І його головна заслуга у тому, що йому вдалося спостерігати сонячні протуберанці після того, як затемнення закінчувалося. Їх спостерігали лише під час затемнення. Лок'єр також спостерігав протуберанці. Не виїжджаючи з Британських островів, у середині жовтня цього року. Обидва вчені надіслали описи своїх спостережень до Паризької академії наук. Але оскільки Лондон набагато ближче від Парижа, ніж Калькутта, то листи майже одночасно дійшли до адресата 26 жовтня. Ні про який новий елемент, який нібито був на Сонці. У цих листах не було жодного слова.
Вчені почали детально вивчати спектри протуберанців. І незабаром з'явилися повідомлення, що в них міститься лінія, яка не може ставитись до спектра, якогось із існуючих на Землі елементів. У січні 1869р. італійський астроном А. Секкі позначив її як. У такому записі вона й увійшла до історії науки як спектральна «материка». Публічно про новий сонячний елемент 3 серпня 1871 розповідав на річних зборах британських учених фізик В. Томсон.
Це справжня історія виявлення гелію на Сонці. Довгий час ніхто не міг сказати, що представляє собою цей елемент, які у нього властивості. Деякі вчені взагалі відкидали існування гелію землі, оскільки існувати міг лише за умов високих температур. На Землі гелій було знайдено лише 1895 р.
Така природа походження таблиці Д. І. Менделєєва.
Твердження атомно-молекулярної теорії межі XIIX - XIX століть супроводжувалося бурхливим зростанням числа відомих хімічних елементів. Тільки за перше десятиліття 19 століття було відкрито 14 нових елементів. Рекордсменом серед першовідкривачів виявився англійський хімік Гемфрі Деві, котрий за один рік за допомогою електролізу отримав 6 нових простих речовин (натрій, калій, магній, кальцій, барій, стронцій). А до 1830 число відомих елементів досягло 55.
Існування такої кількості елементів, різнорідних за своїми властивостями, спантеличувало хіміків і вимагало впорядкування та систематизації елементів. Багато вчених займалися пошуками закономірностей у списку елементів і домагалися певного прогресу. Можна виділити три найбільш значні роботи, які заперечували пріоритет відкриття періодичного закону у Д.І. Менделєєва.
Менделєєв сформулював періодичний закон у вигляді таких основних положень:
- 1. Елементи, розташовані за величиною атомної ваги, є виразною періодичністю властивостей.
- 2. Потрібно очікувати відкриття ще багатьох невідомих простих тіл, наприклад, подібних до Al і Si елементів з атомною вагою 65 - 75.
- 3. Величина атомної ваги елемента може бути виправлена, знаючи його аналогії.
Деякі аналогії відкриваються за величиною ваги їхнього атома. Перше положення було відоме ще до Менделєєва, але саме він надав йому характеру загального закону, передбачивши на його основі існування ще не відкритих елементів, змінивши атомні ваги ряду елементів і розташувавши деякі елементи в таблиці всупереч їх атомним вагам, але в повній відповідності з їх властивостями (переважно, валентністю). Інші положення відкриті лише Менделєєвим і є логічними наслідками із періодичного закону. Правильність цих наслідків підтверджувалася багатьма дослідами протягом наступних двох десятиліть і дозволила говорити про періодичний закон як суворий закон природи.
Використовуючи ці положення, Менделєєв становив свій варіант періодичної системи елементів. Перший чорновий малюнок таблиці елементів з'явився 17 лютого (1 березня за новим стилем) 1869 року.
А 6 березня 1869 року офіційне повідомлення про відкриття Менделєєва зробив професор Меншуткін на засіданні Російського хімічного товариства.
В уста вченого вклали таку сповідь: Бачу уві сні таблицю, де всі елементи розставлені, як треба. Прокинувся, одразу записав на клаптику паперу - тільки в одному місці згодом виявилася потрібна поправка». Як все просто у легендах! На розробку та поправку пішло понад 30 років життя вченого.
Процес відкриття періодичного закону повчальний і сам Менделєєв розповідав про це так: «Мижволі зародилася думка про те, що між масою та хімічними властивостями необхідно мати зв'язок.
Оскільки маса речовини, хоч і абсолютна, лише відносна, виражається остаточно як ваг атомів, треба шукати функціональне відповідність між індивідуальними властивостями елементів та його атомними вагами. Шукати ж що-небудь, хоча б гриби або якусь залежність, не можна інакше, як дивлячись і пробуючи.
Ось я і став підбирати, написавши на окремих картках елементи з їх атомними вагами та корінними властивостями, подібні елементи та близькі атомні ваги, що швидко і призвело до того висновку, що властивості елементів стоять у періодичній залежності від їх атомної ваги, причому, сумніваючись у багатьох неясностях, я жодної хвилини не сумнівався в спільності зробленого висновку, оскільки випадковість допустити неможливо».
У першій таблиці Менделєєва всі елементи до кальцію включно - такі ж, як і в сучасній таблиці, за винятком благородних газів. Це можна побачити за фрагментом сторінки статті Д.І. Менделєєва, що містить періодичну систему елементів.
Якщо з принципу збільшення атомних ваг, то наступними елементами після кальцію мали бути ванадій, хром і титан. Але Менделєєв поставив після кальцію знак питання, а потім помістив титан, змінивши його атомну вагу з 52 до 50.
Невідомому елементу, позначеному знаком питання, була приписана атомна вага А = 45, що є середнім арифметичним між атомними вагами кальцію та титану. Потім між цинком і миш'яком Менделєєв залишив місце відразу для двох ще не відкритих елементів. Крім того, він помістив телур перед йодом, хоча останній має меншу атомну вагу. При такому розташуванні елементів усі горизонтальні ряди в таблиці містили лише подібні елементи, і виразно виявлялася періодичність зміни властивостей елементів. Наступні два роки Менделєєв значно удосконалив систему елементів. У 1871 році вийшло перше видання підручника Дмитра Івановича «Основи хімії», в якому наведено періодичну систему в майже сучасному вигляді.
У таблиці утворилося 8 груп елементів, номери груп вказують на вищу валентність елементів тих рядів, які включені до цих груп, і періоди стають ближчими до сучасних, розбиті на 12 рядів. Тепер кожний період починається активним лужним металом і закінчується типовим неметалом галогеном. санскрите означає «одне й те саме»), екаалюміній та екасіліцій. (Галія - давньоримська назва Франції). Вченому вдалося виділити цей елемент у чистому вигляді та вивчити його властивості. Менделєєв побачив, що властивості галію збігаються з властивостями передбаченого ним екаалюмінію, і повідомив Лекок де Буабодрану, що той неправильно виміряв щільність галію, яка повинна дорівнювати 5,9-6,0 г/см3 замість 4,7 г/см3. Більш акуратні вимірювання привели до правильного значення 5,904 г/см3. Остаточне визнання періодичного закону Д.І. Менделєєва досяг після 1886 року, коли німецький хімік К. Вінклер, аналізуючи срібну руду, отримав елемент, який він назвав германієм. Це виявляється екасицилією.
Періодичний закон та періодична система елементів.
Періодичний закон – один із найважливіших законів хімії. Менделєєв вважав, головною характеристикою елемента є його атомна маса. Тому він розташував усі елементи в один ряд у порядку збільшення їхньої атомної маси.
Якщо розглянути ряд елементів від Li до F, можна побачити, що металеві властивості елементів послаблюються, а неметалеві властивості посилюються. Аналогічно змінюються властивості елементів у ряду від Na до Cl. Наступний знак, як Li і Na, є типовим металом.
Вища валентність елементів збільшується від I y Li до V y N (кисень і фтор мають постійну валентність відповідно II і I) і від I y Na до VII y Cl. Наступний елемент, як Li і Na, має валентність I. У ряді оксидів від Li2O до N2O5 і гідроксидів від LiОН до HNO3 основні властивості послаблюються, а кислотні властивості посилюються. Аналогічно змінюються властивості оксидів у ряді від Na2O та NaOH до Cl2O7 та HClO4. Оксид калію К2О, як і оксиди літію та натрію Li2O та Na2O, є основним оксидом, а гідроксид калію КОН, як і гідроксиди літію та натрію LiOH та NaOH, є типовою основою.
Аналогічно змінюються форми та властивості неметалів від CH4 до HF та від SiH4 до HCl.
Такий характер властивостей елементів та їх сполук, який спостерігається зі збільшенням атомної маси елементів, називається періодичною зміною. Властивості всіх хімічних елементів зі збільшенням атомної маси змінюються періодично.
Ця періодична зміна називається періодичною залежністю властивостей елементів та їх сполук від величини атомної маси.
Тому Д.І. Менделєєв сформулював відкритий ним закон так:
· Властивості елементів, а також форми та властивості сполук елементів знаходяться в періодичній залежності від величини атомної маси елементів.
Менделєєв розташував періоди елементів один під одним і в результаті становив періодичну систему елементів.
Він говорив, що таблиця елементів - плід як його власної праці, а й зусиль багатьох хіміків, серед яких він особливо відзначав «зміцнювачів періодичного закону», які відкрили передбачені їм елементи.
Для створення сучасної таблиці знадобилася напружена багаторічна робота тисяч та тисяч хіміків та фізиків. Якби Менделєєв був зараз живий, він, дивлячись на сучасну таблицю елементів, цілком міг би повторити слова англійського хіміка Дж.У.Меллора, автора класичної 16-томної енциклопедії з неорганічної та теоретичної хімії. Закінчивши у 1937, після 15-річної роботи, свою працю, він написав із вдячністю на титульному аркуші: «Присвячується рядовим величезній армії хіміків. Їхні імена забуті, їхні роботи залишилися»...
p align="justify"> Періодична система - це класифікація хімічних елементів, що встановлює залежність різних властивостей елементів від заряду атомного ядра. Система є графічним виразом періодичного закону. На жовтень 2009 року відомо 117 хімічних елементів (з порядковими номерами з 1 по 116 та 118), з них 94 виявлені в природі (деякі – лише у кількостях). Решта23 отримані штучно в результаті ядерних реакцій - це процес перетворення атомних ядер, що відбувається при їх взаємодії з елементарними частинками, гамма-квантами і один з одним, що зазвичай призводить до виділення колосальної кількості енергії. Перші 112 елементів мають постійні назви, решта - тимчасові.
Відкриття 112-го елемента (найважчий із офіційних) визнано Міжнародним союзом теоретичної та прикладної хімії.
Найстабільніший із відомих ізотопів даного елемента має період напіврозпаду 34 секунди. На початок червня 2009 року носить неофіційне ім'я унунбій, був уперше синтезований у лютому 1996 року на прискорювачі важких іонів в Інституті важких іонів у Дармштадті. Першовідкривачі мають півроку, щоб запропонувати нову офіційну назву для додавання до таблиці (ними вже пропонувалися Віксхаузій, Гельмгольцій, Венусій, Фріший, Штрассманій та Гейзенбергій). На даний час відомі трансуранові елементи з номерами 113-116 та 118, отримані в Об'єднаному інституті ядерних досліджень у Дубні, проте офіційно поки що не визнані. Найпоширенішими є 3 форми таблиці Менделєєва: «коротка» (короткоперіодна), «довга» (довгоперіодна) і «наддовга». У «наддовгому» варіанті кожен період займає рівно один рядок. У «довгому» варіанті лантаноїди (родина з 14 хімічних елементів з порядковими номерами 58-71, розташованих у VI періоді системи) і актиноїди (сімейство радіоактивних хімічних елементів, що складається з актинія та 14 подібних до нього за своїми хімічними властивостями) винесені , роблячи її компактнішою. У «короткій» формі записи, на додаток до цього, четвертий та наступні періоди займають по 2 рядки; символи елементів головних та побічних підгруп вирівнюються щодо різних країв клітин. Коротку форму таблиці, що містить вісім груп елементів, було офіційно скасовано ІЮПАК 1989 року. Незважаючи на рекомендацію використовувати довгу форму, коротка форма продовжила наводитися у великій кількості російських довідників та посібників і після цього часу. З сучасної іноземної літератури коротка форма виключена повністю, натомість використовується довга форма. Таку ситуацію деякі дослідники пов'язують, у тому числі з раціональною компактністю короткої форми таблиці, що здається, а також зі стереотипністю мислення і несприйняттям сучасної (міжнародної) інформації.
1969 року Теодор Сіборг запропонував розширену періодичну таблицю елементів. Нільсом Бором розроблялася сходова (пірамідальна) форма періодичної системи.
Існує і безліч інших, рідко або зовсім не використовуваних, але дуже оригінальних способів графічного відображення Періодичного закону. Сьогодні існують кілька сотень варіантів таблиці, при цьому вчені пропонують нові варіанти.
Періодичний закон та його обґрунтування.
Періодичний закон дозволив привести в систему та узагальнити величезний обсяг наукової інформації в хімії. Цю функцію закону прийнято називати інтегративною. Особливо чітко вона проявляється у структуруванні наукового та навчального матеріалу хімії.
Академік А. Є. Ферсман говорив, що система об'єднала всю хімію в рамки єдиного просторового, хронологічного, генетичного, енергетичного зв'язку.
Інтегративна роль Періодичного закону виявилася і в тому, що деякі дані про елементи, які нібито випадали із загальних закономірностей, були перевірені та уточнені як самим автором, так і його послідовниками.
Так сталося з характеристиками берилію. До роботи Менделєєва його вважали тривалентним аналогом алюмінію через їхню так звану діагональну подібність. Таким чином, у другому періоді виявлялося два тривалентні елементи і жодного двовалентного. Саме на цій стадії Менделєєв запідозрив помилку в дослідженнях властивостей берилію, він знайшов роботу російського хіміка Авдєєва, який стверджував, що берилій двовалентний і має атомну вагу. берилієвими сполуками. Результати дослідження Авдєєва утвердилися у науці завдяки Періодичному закону.
Такі зміни та уточнення значень і атомних ваг, і валентностей були зроблені Менделєєвим ще для дев'яти елементів (In, V, Th, U, La, Ce та трьох інших лантаноїдів).
Ще у десяти елементів було виправлено лише атомні ваги. І всі ці уточнення згодом підтвердили експериментально.
Прогностична (передбачувана) функція Періодичного закону отримала найяскравіше підтвердження у відкритті невідомих елементів із порядковими номерами 21, 31 та 32.
Їхнє існування спочатку було передбачено на інтуїтивному рівні, але з формуванням системи Менделєєв з високим ступенем точності зміг розрахувати їх властивості. Добре відома історія відкриття скандію, галію та германію стала тріумфом менделєєвського відкриття. Він усі пророцтва робив на основі ним же самим відкритого загального закону природи.
Всього ж Менделєєвим були передбачені дванадцять елементів. З самого початку Менделєєв вказав, що закон описує властивості не тільки самих хімічних елементів, а й безлічі їх сполук. Для підтвердження цього достатньо навести такий приклад. З 1929 р., коли академік П. Л. Капіца вперше виявив неметалеву провідність германію, у всіх країнах світу почався розвиток вчення про напівпровідників.
Відразу стало ясно, що елементи з такими властивостями займають головну підгрупу IV групи.
Згодом прийшло розуміння, що напівпровідниковими властивостями повинні більшою чи меншою мірою володіти сполуки елементів, розташованих у періодах і віддаленої від цієї групи (наприклад, із загальною формулою типу АзВ).
Це одразу зробило пошук нових практично важливих напівпровідників цілеспрямованим та передбачуваним. На таких сполуках ґрунтується практично вся сучасна електроніка.
Важливо, що передбачення у межах Періодичної системи робилися і після її загального визнання. У 1913р.
Мозлі виявив, що довжина хвиль рентгенівських променів, отриманих від антикатодів, виготовлених із різних елементів, змінюється закономірно залежно від порядкового номера, умовно присвоєного елементам у Періодичній системі. Експеримент підтвердив, що порядковий номер елемента має прямий фізичний зміст.
Лише пізніше порядкові номери пов'язані зі значенням позитивного заряду ядра. Натомість закон Мозлі дозволив одразу експериментально підтвердити кількість елементів у періодах і водночас передбачити місця ще не відкритих на той час гафнію (№ 72) та ренію (№ 75).
Довгий час точилася суперечка: виділяти інертні гази в самостійну нульову групу елементів або вважати їх головною підгрупою VIII групи.
Виходячи з становища елементів у Періодичній системі, хіміки-теоретики на чолі з Лайнусом Полінг давно сумнівалися в повній хімічній пасивності інертних газів, безпосередньо вказуючи на можливу стійкість їх фторидів і оксидів.
Але тільки в 1962 р. американський хімік Ніл Бартлетт вперше здійснив у звичайних умовах реакцію гексафториду платини з киснем, отримавши гексафтороплатінат ксенону XePtF^, а за ним і інші сполуки газів, які тепер правильніше називати благородними, а не інертні.
Відкриття Дмитром Менделєєвим періодичної таблиці хімічних елементів у березні 1869 року стало справжнім проривом у хімії. Російському вченому вдалося систематизувати знання про хімічні елементи та подати їх у вигляді таблиці, яку і зараз обов'язково вивчають школярі під час уроків хімії. Періодична таблиця стала фундаментом для бурхливого розвитку цієї складної та цікавої науки, а історія її відкриття огорнута легендами та міфами. Для всіх, хто захоплюється наукою, буде цікаво дізнатися правду про те, як Менделєєв відкрив таблицю періодичних елементів.
Історія таблиці Менделєєва: як усе починалося
Спроби класифікувати та систематизувати відомі хімічні елементи робилися задовго до Дмитра Менделєєва. Свої системи елементів пропонували такі відомі вчені, як Деберейнер, Ньюлендс, Мейєр та інші. Однак через брак даних про хімічні елементи та їх правильні атомні маси запропоновані системи були не зовсім достовірними.
Історія відкриття таблиці Менделєєва починається в 1869 році, коли російський вчений на засіданні Російського хімічного товариства розповів своїм колегам про зроблене ним відкриття. У запропонованій вченим таблиці хімічні елементи розташовувалися залежно від своїх властивостей, що забезпечуються величиною їх молекулярної маси.
Цікавою особливістю таблиці Менделєєва була наявність порожніх клітин, які у майбутньому були заповнені відкритими хімічними елементами, передбаченими вченим (германій, галій, скандій). Після відкриття періодичної таблиці до неї багато разів вносилися додавання та поправки. Спільно із шотландським хіміком Вільямом Рамзаєм Менделєєв додав до таблиці групу інертних газів (нульову групу).
Надалі історія періодичної таблиці Менделєєва була пов'язана з відкриттями в іншій науці – фізиці. Робота над таблицею періодичних елементів триває досі, і сучасні вчені додають нові хімічні елементи в міру їхнього відкриття. Значення періодичної системи Дмитра Менделєєва складно переоцінити, оскільки завдяки їй:
- Систематизувалися знання властивості вже відкритих хімічних елементів;
- Виникла можливість прогнозування відкриття нових хімічних елементів;
- Почали розвиватися такі розділи фізики, як фізика атома та фізика ядра;
Існує безліч варіантів зображення хімічних елементів згідно з періодичним законом, проте найвідоміший і найпоширеніший варіант – це звична для кожного таблиця Менделєєва.
Міфи та факти про створення періодичної таблиці
Найпоширенішою помилкою історія відкриття таблиці Менделєєва і те, що вчений побачив її уві сні. Насправді, сам Дмитро Менделєєв спростував цей міф і заявив, що розмірковував над періодичним законом протягом багатьох років. Щоб систематизувати хімічні елементи він виписував кожен із новачків на окрему картку і багаторазово комбінував їх між собою, розставляючи до лав залежно від своїх подібних властивостей.
Міф про «речовий» сон вченого можна пояснити тим, що Менделєєв працював над систематизацією хімічних елементів цілодобово безперервно, перериваючись на нетривалий сон. Однак тільки наполеглива праця та природний талант вченого дав довгоочікуваний результат та забезпечив Дмитру Менделєєву всесвітню популярність.
Багатьох учнів у школі, котрий іноді університеті, змушують заучувати чи хоча б приблизно орієнтуватися у таблиці Менделєєва. Для цього людина повинна не тільки мати гарну пам'ять, а й логічно мислити, пов'язуючи елементи в окремі групи та класи. Вивчення таблиці найлегше дається тим людям, які постійно підтримують мозок у тонусі, проходячи тренінги на BrainApps.
