Девятнадцатый век в истории человечества - век, в который многие науки реформировались, в том числе и химия. Именно в это время появилась периодическая система Менделеева, а вместе с ней - и периодический закон. Именно он стал основой современной химии. Периодическая система Д. И. Менделеева представляет собой систематизацию элементов, которая устанавливает зависимость химических и физических свойств от строения и заряда атома вещества.
История
Начало периодической положила книга «Соотношение свойств с атомным весом элементов», написанная в третьей четверти XVII века. В ней были отображены основные понятия относительно известных химических элементов (на тот момент их насчитывалось всего 63). К тому же у многих из них атомные массы были определены неправильно. Это сильно мешало открытию Д. И. Менделеева.
Дмитрий Иванович начал свою работу со сравнения свойств элементов. В первую очередь он занялся хлором и калием, а уж потом перешёл к работе со щелочными металлами. Вооружась специальными карточками, на которых были изображены химические элементы, он многократно пытался собрать эту «мозаику»: раскладывал на своем столе в поисках нужных комбинаций и совпадений.
После долгих стараний Дмитрий Иванович все же нашёл ту закономерность, которую искал, и выстроил элементы в периодические ряды. Получив в результате пустые ячейки между элементами, учёный понял, что русским исследователям известны не все химические элементы, и что именно он должен дать этому миру те знания в области химии, которые ещё не были даны его предшественниками.
Всем известен миф о том, что Менделееву периодическая таблица явилась во сне, и он по памяти собрал элементы в единую систему. Это, грубо говоря, ложь. Дело в том, что Дмитрий Иванович довольно долго и сосредоточенно работал над своим трудом, и его это сильно выматывало. Во время работы над системой элементов Менделеев однажды заснул. Проснувшись, он понял, что не закончил таблицу, и скорее продолжил заполнение пустых ячеек. Его знакомый, некий Иностранцев, университетский педагог, решил, что таблица Менделееву приснилась во сне и распространил данный слух среди своих студентов. Так и появилась данная гипотеза.
Известность
Химических элементов Менделеева является отображением созданного Дмитрием Ивановичем ещё в третьей четверти XIX века (1869 год) периодического закона. Именно в 1869 году на заседании русского химического сообщества было зачитано уведомление Менделеева о создании им определённой структуры. И в этом же году была выпущена книга «Основы химии», в которой впервые была опубликована периодическая система химических элементов Менделеева. А в книге «Естественная система элементов и использование её к указанию качеств неоткрытых элементов» Д. И. Менделеев впервые упомянул понятие «периодический закон».
Структура и правила размещения элементов
Первые шаги в создании периодического закона были сделаны Дмитрием Ивановичем еще в 1869-1871 годах, в то время он усиленно работал над установлением зависимости свойств данных элементов от массы их атома. Современный вариант представляет собой сведённые в двумерную таблицу элементы.
Положение элемента в таблице несёт определённый химический и физический смысл. По местонахождению элемента в таблице можно узнать, какая у него валентность, определить и другие химические особенности. Дмитрий Иванович пытался установить связь между элементами, как сходными между собой по свойствам, так и отличающимися.
В основу классификации известных на тот момент химических элементов он положил валентность и атомную массу. Сопоставляя относительные свойства элементов, Менделеев пытался найти закономерность, которая объединила бы все известные химические элементы в одну систему. Расположив их, основываясь на возрастании атомных масс, он всё-таки добился периодичности в каждом из рядов.
Дальнейшее развитие системы
Появившаяся в 1969 году таблица Менделеева ещё не раз дорабатывалась. С появлением благородных газов в 1930 годах получилось выявить новейшую зависимость элементов - не от массы, а от порядкового номера. Позднее удалось установить число протонов в атомных ядрах, и оказалось, что оно совпадает с порядковым номером элемента. Учёными XX века было изучено электронное Оказалось, что и оно влияет на периодичность. Это сильно меняло представления о свойствах элементов. Данный пункт был отражён в более поздних редакциях периодической системы Менделеева. Каждое новое открытие свойств и особенностей элементов органично вписывалось в таблицу.
Характеристики периодической системы Менделеева
Таблица Менделеева поделена на периоды (7 строк, расположенных горизонтально), которые, в свою очередь, подразделяются на большие и малые. Начинается период со щелочного металла, а заканчивается элементом с неметаллическими свойствами.
Вертикально таблица Дмитрия Ивановича поделена на группы (8 столбцов). Каждая из них в периодической системе состоит из двух подгрупп, а именно - главной и побочной. После долгих споров по предложению Д. И. Менделеева и его коллеги У. Рамзая было решено ввести так называемую нулевую группу. В неё входят инертные газы (неон, гелий, аргон, радон, ксенон, криптон). В 1911 году учёным Ф. Содди было предложено поместить в периодической системе и неразличимые элементы, так называемые изотопы, - для них были выделены отдельные ячейки.
Несмотря на верность и точность периодической системы, научное общество долго не хотело признавать данное открытие. Многие великие учёные высмеивали деятельность Д. И. Менделеева и считали, что невозможно предсказать свойства элемента, который ещё не был открыт. Но после того как предполагаемые химические элементы были открыты (а это были, например, скандий, галлий и германий), система Менделеева и его периодический закон стали науки химии.
Таблица в современности
Периодическая система элементов Менделеева - основа большинства химических и физических открытий, связанных с атомно-молекулярным учением. Современное понятие элемента сложилось как раз благодаря великому учёному. Появление периодической системы Менделеева внесло кардинальные изменения в представления о различных соединениях и простых веществах. Создание ученым периодической системы оказало огромное влияние на развитие химии и всех наук, смежных с ней.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Управление образования Администрации г. Твери
Муниципальное образовательное учреждение
«Вечерняя (сменная) общеобразовательная школа № 2» г. Твери
Конкурса ученических рефератов «Кругозор»
Реферат на тему:
История открытия Периодического закона и Периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева
ученица 8-в группы МОУ ВСОШ № 2 г. Твери
Руководитель:
учитель химии высшей категории
МОУ ВСОШ № 2 г. Твери
Введение………………………...........................................................................3
1.Предпосылки открытия Периодического закона ……..4
1.1. Классификация ………………………………………..4
1.2. Триады Дёберейнера и первые системы элементов…………………….4
1.3. Спираль де Шанкуртуа ………………………………………………..5
1.5.Таблицы Одлинга и Мейера……………………………………………….7
2.Открытие Периодического закона…………………...9
Заключение…………………………………………………………………. 16
Список литературы………………………………………………………….17
Введение
Периодический закон и Периодическая система химических элементов – основа современной химии.
Менделеева названы города, заводы, учебные заведения, научно-исследовательские институты. В честь в России утверждена золотая медаль – она присуждается за выдающиеся работы по химии. Имя ученого присвоено Российскому химическому обществу. В честь ежегодно в Тверской области проводятся Региональные Менделеевские чтения. Даже элементу с порядковым номером 101 было дано название менделевий, в честь Дмитрия Ивановича.
Главнейшей заслугой было открытие периодического закона и создание периодической системы химических элементов, которые обессмертили его имя в мировой науке. Этот закон и периодическая система – основа всего дальнейшего развития учения об атомах и элементах, они являются фундаментом химии и физики наших дней.
Цель работы: изучить предпосылки возникновения периодического закона и периодической системы химических элементов и оценить вклад в данное открытие Дмитрия Ивановича Менделеева.
1.Предпосылки открытия Периодического закона
Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Ко времени открытия Периодического закона было известно 63 химических элемента, описаны состав и свойства их соединений.
1.1 Классификация
Выдающийся шведский химик разделил все элементы на металлы и неметаллы на основе различий в свойствах образованных ими простых веществ и соединений. Он определил, что металлам соответствуют основные оксиды и основания, а неметаллам кислотные оксиды и кислоты .
Таблица 1. Классификация
1.2. Триады Дёберейнера и первые системы элементов
В 1829 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер предпринял первую значимую попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами .
Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Несмотря на то, что триады Деберейнера в какой-то мере являются прообразами менделеевских групп, эти представления в целом ещё слишком несовершенны. Отсутствие магния в едином семействе кальция, стронция и бария или кислорода в семействе серы, селена и теллура является результатом искусственного ограничения совокупностей сходных элементов лишь тройственными союзами. Очень показательна в этом смысле неудача Деберейнера выделить триаду из четырех близких по своим свойствам элементов: P, As, Sb, Bi. Дёберейнер отчётливо видел глубокие аналогии в химических свойствах фосфора и мышьяка, сурьмы и висмута, но, заранее ограничив себя поисками триад, он не смог найти верного решения. Спустя полвека Лотар Майер скажет, что если бы Дёберейнер хоть ненадолго отвлекся от своих триад, то он сразу же увидел бы сходство всех этих четырех элементов одновременно .
Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.
1.3. Спираль де Шанкуртуа (1862 г.)
Профессор Парижской высшей школы Александр Бегье де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т. н. земная спираль ). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т. д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы - ничего общего с ними не имеющий титан . Так впервые родилась мысль о периодичности свойств элементов, но на нее не обратили внимания, и вскоре она оказалась забытой.
Вскоре после спирали де Шанкуртуа американский учёный Джон Ньюлендс сделал попытку сопоставить химические свойства элементов с их атомными массами. Расположив элементы в порядке возрастания их атомных масс, Ньюлендс заметил, что сходство в свойствах проявляется между каждым восьмым элементом. Найденную закономерность Ньюлендс назвал законом октав по аналогии с семью интервалами музыкальной гаммы. В своей таблице он располагал химические элементы в вертикальные группы по семь элементов в каждой и при этом обнаружил, что (при небольшом изменении порядка некоторых элементов) сходные по химическим свойствам элементы оказываются на одной горизонтальной линии. Джон Ньюлендс , безусловно, первым дал ряд элементов, расположенных в порядке возрастания атомных масс, присвоил химическим элементам соответствующий порядковый номер и заметил систематическое соотношение между этим порядком и физико-химическими свойствами элементов. Он писал , что в такой последовательности повторяются свойства элементов, эквивалентные веса (массы) которых отличаются на 7 единиц, или на значение, кратное 7, т. е. как будто бы восьмой по порядку элемент повторяет свойства первого, как в музыке восьмая нота повторяет первую.
Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Лондонское химическое общество встретило его закон октав равнодушно и предложило Ньюлендсу попробовать расположить элементы по алфавиту и выявить какую-либо закономерность.
1.5.Таблицы Одлинга и Мейера
В том же 1864 году появилась первая таблица немецкого химика Лотара Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.
Рис.3.Таблица химических элементов Мейера
В 1870 году вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов . Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин « периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.
2. Открытие Периодического закона
Существует несколько рассказов близких людей о том, как был открыт периодический закон; эти рассказы передавались очевидцами устно, затем проникли в печать и стали своего рода легендами, проверить которые до сих пор не представилось возможным из-за отсутствия соответствующих документальных данных. Интересен рассказ профессора геологии СПб. Университета (), близкого друга . , посещавший как раз в те дни, когда он открывал периодический закон, приводит любопытные штрихи того, как трудился над созданием своей системы элементов , опубликовавший рассказ, писал:
«О завершающей творческий процесс интуиции Менделеева заслуженный профессор Александр Александрович Иностранцев Любезно сообщил мне в высшей степени интересные вещи. Однажды, уже будучи секретарем физико-математического факультета , А. А. зашел проведать Менделеева, с которым, как ученый и близкий друг, был в непрестанном духовном общении. Видит: Д. И. стоит у конторки, по-видимому, в мрачном, угнетенном состоянии.
Чем вы заняты, Дмитрий Иванович?
Менделеев заговорил о том, что впоследствии воплотилось в периодическую систему элементов, но в ту минуту закон и таблица еще не были сформированы: «Все в голове сложилось,- с горечью прибавил Менделеев, - а выразить таблицей не могу». Немного позднее оказалось следующее. Менделеев три дня и три ночи, не ложась спать, проработал у конторки, пробуя скомбинировать результаты своей мысленной конструкции в таблицу, но попытки достигнуть этого оказались неудачными. Наконец, под влиянием крайнего утомления Менделеев лег спать и тотчас заснул. «Вижу во сне таблицу, где элементы расставлены как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, - только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка» .
Далее необходимо учесть свидетельство самого в "Основах химии" о том, как он при окончательном оформлении своей классификации элементов воспользовался карточками, на которых были написаны данные об отдельных элементах . Карточки были нужны именно для выявления неизвестной ещё зависимости между элементами, а вовсе не для её окончательного оформления. А главное, о чем свидетельствует первоначальный черновик таблицы , карточки с написанными на них элементами располагались первоначально не в порядке групп и рядов (периодов), а только в порядке групп (периоды ещё не были вначале открыты). Группы же размещались одна под другой и это именно размещение групп привело к открытию, что вертикальные столбцы (периоды) элементов примыкают друг к другу, образуя общий непрерывный ряд элементов, в котором периодически повторяются определенные химические свойства. В этом, собственно говоря, и состояло открытие периодического закона.
К тому же, если бы было уже известно существование не только групп, но и периодов элементов, то не было бы никакой нужды прибегать к карточкам для отдельных элементов.
Третий рассказ, переданный опять-таки со слов самого, исходит от близкого друга - выдающегося чешского химика . Этот рассказ был опубликован Браунером в 1907г. после смерти его великого друга; в 1930г. он был перепечатан в сборнике трудов чехословацких химиков. Во время второй мировой войны этот рассказ привел Gerald Druce в написанной им биографии Богуслава Браунера. По словам Браунера , рассказал ему о том, каким образом составление учебника по химии, т. е. "Основ химии", помогло открыть и сформулировать периодический закон.
"Когда я начал писать мой учебник,- говорил Браунеру,- я чувствовал, что необходима система, которая позволила бы мне распределить химические элементы. Я нашел, что все существующие системы являются искусственными, а потому непригодны для моей цели; я же добивался установления естественной системы. С этой целью я написал на маленьких кусочках картона знаки элементов и их атомные веса, после чего я начал группировать их различными способами соответственно их сходству. Но этот способ не удовлетворял меня до тех пор, пока я не расположил картонки одну после другой соответственно возрастанию атомного веса. Когда я расположил в таблице первый ряд:
H=1, Li=7, Be=9, B=11, C=12, N=14, O=16, F=19,
я обнаружил, что следующие элементы могут образовывать второй ряд под первым, но начинающиеся под литием. Далее я нашел, что в этом новом ряду:
Na=23, Mg=24, Al=27, Si=28, P=31, S=32, Cl=35,5
у натрия повторяется каждое свойство лития; то же происходит у следующих элементов. Такое же повторение встречается в третьем ряду, после определенного периода, и продолжается во всех рядах" .
Таков рассказ , переданный с его слов. Далее в пояснение и развитие этого рассказа говорится, что "расположил сходные элементы в группы и соответственно возрастанию атомных весов в ряды, в которых свойства и характер элементоа изменились постепенно, как это видно выше. На левой стороне его таблицы стали "электроположительные" элементы, на правой "электроотрицательные". Он провозгласил свой закон в следующих словах"
Таким образом, рассказ, переданный им со слов, касается не всего открытия в целом и не всей истории создания естественной системы элементов, а лишь заключительного этапа этого открытия, когда на основании уже созданной системы смог открыть и сформулировать лежащий в основе этой системы периодический закон химических элементов. Короче говоря, переданный Браунером рассказ касается не истории составления системы элементов, а истории формулировки периодического закона на основании уже составленной системы.
Указанние на существование четвертой версии содержится в редакционном послесловие ко второму тому избранных сочинений, изданному в 1934г. и содержащему работы, относящиеся в периодическому закону . пишет, что в указанном тому "не помещена лишь одна статья "Comment j"ai trouve la loi periodique" как более биографического характера". Ссылки на то, где эта статья опубликована, почему-то не дал. Эта статья, естественно, вызывала огромный интерес, поскольку, судя по её названию, можно было ожидать, что она даст наконец, ответ на интересующий всех химиков вопрос о том, как был открыт периодический закон, причем этот ответ будет получен не от третьих лиц со слов, а от него самого. Ссылка на то, что эта статья была исключена проф. как якобы более биографического характера, казалось совершенно не обоснованной. Именно поэтому её надо было бы включить в сборник работ по периодическому закону, а не исключать из этого сборника. В результате поисков этой статьи было обнаружено, что во французском журнале по чистой и прикладной химии за 1899г. была действительно напечатана статья под интригующим названием "Comment j"ai trouve le systeme periodique des elements" ("Как я нашел периодическую систему элементов"). В примечании к этой статье редакция журнала сообщает, что она обратилась к Д. И, Менделееву по случаю состаявшегося избрания его в 1899г. иностранным членом-корреспондентом Парижской Академии наук с просьбой написать для журнала о своей периодической системе. исполнил эту просьбу с большой охотой и прислал во французский журнал свою работу, написанную по-русски. Перевод этой работы на французский язык был осуществлен самой редакцией.
Ближайшее ознакомление с текстом опубликованной на французском языке статья показывает, что это - не какая-то новая работа, а точный перевод с его статьи "Периодическая законность химических элементов", которую написал для Энциклопедического словаря Брокгауза и Ефрона, и она была напечатана в XXIII томе этого словаря в 1898г. Очевидно, переводчик или редакция французского журнала для придания большего интереса изменили показавшееся слишком сухим название: "Периодическая законность химических элементов" на интригующее: "Как я нашел периодическую систему элементов". В остальном же все осталось без изменения, и ничего биографического к своей статье не добавил.
Таковы легенды и рассказы о том, как была открыта периодическая система химических элементов. Все порожденные ими неясности можно выше считать устраненными благодаря нахождению и изучению новых материалов, относящихся к истории этого великого открытия.
Рис.4. «Опыт системы элементов»
6 марта 1869 года на заседании Русского химического общества, в отсутствии Менделеева (Менделеев находился на сыроварнях в Тверской области и, возможно, заезжал в свое имение «Боблово» в Московской области), сообщение об открытии периодического закона сделал, получивший для очередного номера своего журнала («Журнал Русского химического общества») статью .
В 1871 года в итоговой статье «Периодическая законность химических элементов» Менделеев дал следующую формулировку Периодического закона: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от атомного веса». Тогда же Менделеев придал своей периодической таблице вид, ставший классическим (так называемый короткий вариант).
В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. На основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, он взял на себя смелость изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.
Рис.5. Периодическая система химических элементов
Д. И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (Поль Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Ларс Нильсон, 1879) и германий (Клеменс Винклер, 1886) - соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.
Заключение
Периодический закон сыграл огромную роль в развитии химии других естественных наук. Была открыта взаимная связь между всеми элементами, их физическими и химическими свойствами. Это поставило перед естествознанием научно-философскую проблемы огромной важности: эта взаимная связь должно получить объяснение. После открытия Периодического закона стало ясно, что атомы всех элементов должны быть построены по единому принципу, а их строение должно отображать периодичность свойств элементов. Таким образом, периодический закон стал важным звеном в эволюции атомно-молекулярного учения, оказав значительное влияние на разработку теории строения атома. Он также способствовал формулировке современного понятия "химический элемент" и уточнению представлений о простых и сложных веществах. Успехи атомной физики, включая ядерную энергетику и синтез искусственных элементов, стали возможными лишь благодаря Периодическому закону.
«Будут появляться и умирать новые теории, блестящие обобщения. Новые представления будут сменять наши уже устаревшие понятия об атоме и электроне. Величайшие открытия и эксперименты будут сводить на нет прошлое и открывать на сегодня невероятные по новизне и широте горизонты - всё это будет приходить и уходить, но Периодический закон Менделеева будет всегда жить и руководить исканиями».
Список литературы
2. . Основы химии. - Т. 2. – М. –Л.: Госхимиздат, 1947. - 389 с.
3. . Избранные лекции по химии. – М.: Высш. шк.,1968. - 224 с.
4. . Новые материалы по истории открытия периодического закона. - М. –Л.: Изд-во Акад. наук СССР,1950. - 145 с.
5. . Философский анализ первых трудов о периодическом законе (). - М.: Изд-во Акад. наук СССР,1959. - 294 с.
6. . Философия изобретения и изобретение в философии. - Т.2. - М.: Наука и школа,1922.- С.88.
Введение
Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева – основа современной химии. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.
Периодический закон и сделанные на его основе открытия в различных областях естествознания и техники являются величайшим триумфом человеческого разума, свидетельством всё более глубокого проникновения в самые сокровенные тайны природы, успешного преобразования природы на благо человека.
«Редко бывает, чтобы научное открытие оказалось чем-то совершенно неожиданным, почти всегда оно предчувствуется, однако последующим поколениям, которые пользуются апробированными ответами на все вопросы, часто нелегко оценить, каких трудностей это стоило их предшественникам». Д.И. Менделеев.
Цель: Характеризовать понятие периодическая система и периодический закон элементов, периодический закон и его обоснование, дать характеристику структурам периодической системы: подгруппы, периоды и группы. Изучить историю открытия периодического закона и периодической системы элементов.
Задачи: Рассмотреть историю открытия периодического закона и периодической системы. Дать определение периодическому закону и периодической системе. Проанализировать периодический закон и его обоснование. Структуру периодической системы: подгруппы, периоды и группы.
История открытия периодического закона и периодической системы химических элементов
Утверждение атомно-молекулярной теории на рубеже XIIX – XIX веков сопровождалось бурным ростом числа известных химических элементов. Только за первое десятилетие 19 века было открыто 14 новых элементов. Рекордсменом среди первооткрывателей оказался английский химик Гемфри Деви, который за один год с помощью электролиза получил 6 новых простых веществ (натрий, калий, магний, кальций, барий, стронций). А к 1830 году число известных элементов достигло 55.
Существование такого количества элементов, разнородных по своим свойствам, озадачивало химиков и требовало упорядочения и систематизации элементов. Многие учёные занимались поисками закономерностей в списке элементов и добивались определённого прогресса. Можно выделить три наиболее значительные работы, которые оспаривали приоритет открытия периодического закона у Д.И. Менделеева.
В 1860 году состоялся первый Международный химический конгресс, после которого стало ясно, что основной характеристикой химического элемента является его атомный вес. Французский учёный Б. Де Шанкуртуа в 1862 году впервые расположил элементы в порядке возрастания атомных весов и разместил их по спирали вокруг цилиндра. Каждый виток спирали содержал 16 элементов, сходные элементы, как правило, попадали в вертикальные столбцы, хотя были отмечены и значительные расхождения. Работа де Шанкуртуа осталась незамеченной, но выдвинутая им идея сортировки элементов в порядке возрастания атомных весов оказалась плодотворной.
И двумя годами позже, руководствуясь этой идеей, английский химик Джон Ньюлендс разместил элементы в виде таблицы и заметил, что свойства элементов периодически повторяются через каждые семь номеров. Например, хлор по свойствам похож на фтор, калий – на натрий, селен – на серу и т.д. Данную закономерность Ньюлендс назвал «законом октав», практически опередив понятие периода. Но Ньюлендс настаивал на том, что длина периода (равная семи) является неизменной, поэтому его таблица содержит не только правильные закономерности, но и случайные пары (кобальт – хлор, железо – сера и углерод – ртуть).
А вот немецкий учёный Лотар Мейер в 1870 году построил график зависимости атомного объёма элементов от их атомного веса и обнаружил отчётливую периодическую зависимость, причём длина периода не совпадала с законом октав и была переменной величиной.
Во всех этих работах много общего. Де Шанкуртуа, Ньюлендс и Мейер открыли проявление периодичности изменения свойств элементов в зависимости от их атомного веса. Но они не смогли создать единую периодическую систему всех элементов, поскольку в открытых ими закономерностях многие элементы не находили своего места. Никаких серьёзных выводов из своих наблюдений этим учёным так же сделать не удалось, хотя они чувствовали, что многочисленные соотношения между атомными весами элементов являются проявлением какого-то общего закона.
Этот общий закон был открыт великим русским химиком Дмитрием Ивановичем Менделеевым в 1869 году. Менделеев сформулировал периодический закон в виде следующих основных положений:
1. Элементы, расположенные по величине атомного веса, представляют явственную периодичность свойств.
2. Должно ожидать открытия ещё многих неизвестных простых тел, например, сходных с Al и Si элементов с атомным весом 65 – 75.
3. Величина атомного веса элемента иногда может быть исправлена, зная его аналогии.
Некоторые аналогии открываются по величине веса их атома. Первое положение было известно ещё до Менделеева, но именно он придал ему характер всеобщего закона, предсказав на его основе существование ещё не открытых элементов, изменив атомные веса ряда элементов и расположив некоторые элементы в таблице вопреки их атомным весам, но в полном соответствии с их свойствами (главным образом, валентностью). Остальные положения открыты только Менделеевым и являются логическими следствиями из периодического закона
Правильность этих следствий подтверждалась многими опытами в течение последующих двух десятилетий и позволила говорить о периодическом законе как о строгом законе природы.
Используя эти положения, Менделеев составил свой вариант периодической системы элементов. Первый черновой набросок таблицы элементов появился 17 февраля (1 марта по новому стилю) 1869 года.
А 6 марта 1869 года официальное сообщение об открытии Менделеева сделал профессор Меншуткин на заседании Русского химического общества.
В уста учёного вложили такую исповедь: Вижу во сне таблицу, где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги – только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Как всё просто в легендах! На разработку и поправку ушло более 30 лет жизни учёного.
Процесс открытия периодического закона поучителен и сам Менделеев рассказывал об этом так: «Невольно зародилась мысль о том, что между массой и химическими свойствами необходимо должна быть связь. А так как масса вещества, хотя и не абсолютная, а лишь относительная, выражается окончательно в виде весов атомов, то надо искать функциональное соответствие между индивидуальными свойствами элементов и их атомными весами. Искать же что – либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя. Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро и привело к тому заключению, что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса, причём, сомневаясь во многих неясностях, я ни минуты не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайность допустить не возможно».
В самой первой таблицы Менделеева все элементы до кальция включительно – такие же, как и в современной таблице, за исключением благородных газов. Это можно увидеть по фрагменту страницы из статьи Д.И. Менделеева, содержащей периодическую систему элементов.
Если исходить из принципа увеличения атомных весов, то следующими элементами после кальция должны были быть ванадий (А = 51), хром (А = 52) и титан (А = 52). Но Менделеев поставил после кальция знак вопроса, а следом поместил титан, изменив его атомный вес с 52 до 50. Неизвестному элементу, обозначенному знаком вопроса, был приписан атомный вес А = 45, являющийся средним арифметическим между атомными весами кальция и титана. Затем, между цинком и мышьяком Менделеев оставил место сразу для двух ещё не открытых элементов. Кроме того, он поместил теллур перед йодом, хотя последний имеет меньший атомный вес. При таком расположении элементов все горизонтальные ряды в таблице содержали только сходные элементы, и отчётливо проявлялась периодичность изменения свойств элементов.
В последующие два года Менделеев значительно усовершенствовал систему элементов. В 1871 году вышло первое издание учебника Дмитрия Ивановича «Основы химии», в котором приведена периодическая система в почти современном виде. В таблице образовалось 8 групп элементов, номера групп указывают на высшую валентность элементов тех рядов, которые включены в эти группы, и периоды становятся более близкими к современным, разбитые на 12 рядов. Теперь каждый период начинается активным щелочным металлом и заканчивается типичным неметаллом галогеном.
Второй вариант системы дал возможность Менделееву предсказать существование не 4, а 12 элементов и, бросая вызов учёному миру, с изумительной точностью описал свойства трёх неизвестных элементов, которые он назвал экабор (эка на санскрите означает «одно и то же»), экаалюминий и экасилиций. Современные названия их Se, Ga, Ge.
Учёный мир Запада в начале отнёсся к Менделеевской системе и его предсказаниям скептически, но всё изменилось, когда в 1875 году французский химик П. Лекок де Буабодран, исследуя спектры цинковой руды, обнаружил следы нового элемента, который он назвал галлием в честь своей родины (Галлия – древнеримское название Франции)
Учёному удалось выделитьэтот элемент в чистом виде и изучить его свойства. А Менделеев увидел, что свойства галлия совпадают со свойствами предсказанного им экаалюминия, и сообщил Лекок де Буабодрану, что тот неверно измерил плотность галлия, которая должна быть равна 5,9-6,0 г/см3вместо 4,7 г/см3. И действительно, более аккуратные измерения привели к правильному значению 5,904 г/см3.
В 1879 году шведский химик Л. Нильсон при разделении редкоземельных элементов, полученных из минерала гадолинита, выделил новый элемент и назвал его скандием. Это оказывается предсказанный Менделеевым экабор.
Окончательного признания периодический закон Д.И. Менделеева добился после 1886 года, когда немецкий химик К. Винклер, анализируя серебряную руду, получил элемент, который он назвал германием. Это оказывается экасицилий.
Похожая информация.
Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.
Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье.
История открытия таблицы
К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.
В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.
В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем, химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.
Суть открытия Менделеева в том, что с ростом атомной массы химические свойства элементов меняются не монотонно, а периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов, свойства начинают повторяться. Так, калий похож на натрий, фтор - на хлор, а золото схоже с серебром и медью.
В 1871 году Менделеев окончательно объединил идеи в периодический закон. Ученые предсказал открытие нескольких новых химических элементов и описал их химические свойства. В дальнейшем расчеты химика полностью подтвердились - галлий, скандий и германий полностью соответствовали тем свойствам, которые им приписал Менделеев.
Байки о Менделееве
Об известном ученом и его открытиях ходило немало баек. Люди в то время слабо представляли себе химию и считали, что занятия химией - это что-то вроде поедания супа из младенцев и воровства в промышленных масштабах. Поэтому деятельность Менделеева быстро обросла массой слухов и легенд.
Одна из легенд гласит, что Менделеев открыл таблицу химических элементов во сне. Случай не единственный, точно также говорил о своем открытии Август Кекуле, которому приснилась формула бензольного кольца. Однако Менделеев только смеялся над критиками. «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы говорите: сидел в вдруг … готово!», - как-то сказал ученый о своем открытии.
Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою» и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый «неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой», а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.
Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.
Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе, вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно «любительский» характер этого увлечения, Менделеева часто называли «чемоданных дел мастером».
Открытие радия
Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.
Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.
Подобное «производство» продолжалось целых двадцать лет - до 30-х годов двадцатого века, когда ученые открыли истинные свойства радиоактивности и выяснили насколько губительно влияние радиации на человеческий организм.
Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.
Небулий и короний
Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время, некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.
При исследовании солнечной атмосферы астрономы обнаружили спектральные линии, которые им не удалось отождествить ни с одним из известных на земле химических элементов. Ученые предположили, что эти линии принадлежит новому элементу, который получил название короний (потому что линии были обнаружены при исследовании «короны» Солнца - внешнего слоя атмосферы звезды).
Спустя несколько лет астрономы сделали еще одно открытие, изучая спектры газовых туманностей. Обнаруженные линии, которые снова не удалось отождествить ни с чем земным, приписали другому химическому элементу - небулию.
Открытия подверглись критике, поскольку в периодической таблице Менделеева уже не оставалось места для элементов, обладающих свойствами небулия и корония. После проверки обнаружилось, что небулий является обычным земным кислородом, а короний - сильно ионизированное железо.
Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov
В книге видного советского историка химии Н.Ф.Фигуровского "Очерк общей истории химии. Развитие классической химии в XIX столетии" (М., Наука, 1979). приведены основные периоды открытия 63 химических элементов с древнейших времен до 1869 г. - года установления Дмитрием Ивановичем Менделеевым (1834-1907) Периодического закона:
1. Древнейший период (от V тысячелетия до н.э. и до 1200 г. н.э.).
К этому длительному периоду относится знакомство человека с 7 металлами древности - золотом, серебром, медью, свинцом, оловом, железом и ртутью. Кроме этих элементарных веществ в древности были известны сера и углерод, встречающиеся в природе в свободном состоянии.
2. Алхимический период.
В этот период (от 1200 до 1600 г.) было установлено существование нескольких элементов, выделенных либо в процессе алхимических поисков путей трансмутации металлов, либо в процессах производства металлов и переработки различных руд ремесленниками-металлургами. Сюда относятся мышьяк, сурьма, висмут, цинк, фосфор.
3. Период возникновения и развития технической химии (конец XVII в.-1751 г.).
В это время в результате практического изучения особенностей различных металлических руд и преодоления трудностей, возникавщих при выделении металлов, а также открытий в процессе минералогических экспедиций было установлено существование платины, кобальта, никеля.
4. Первый этап химико-аналитического периода в развитии химии (1760-1805 гг.). В этот период с помощью качественного и весового количественного анализов был открыт ряд элементов, причем часть из них лишь в виде "земель": магний, кальций (установление различия извести и магнезии), марганец, барий (барит), молибден, вольфрам, теллур, уран (окисел), цирконий (земля), стронций (земля), титан (окисел), хром, бериллий (окисел), иттрий (земля), тантал (земля), церий (земля), фтор (плавиковая кислота), палладий, родий, осмий и иридий.
5. Этап пневматической химии. В это время (1760-1780 гг.) были открыты газообразные элементы - водород, азот, кислород и хлор (последний считался сложным веществом - окисленной соляной кислотой до 1809 г.).
6. Этап получения элементов в свободном состоянии путем электролиза (Г.Дэви, 1807-1808 гг.) и химическим путем: калий, натрий, кальций, стронций, барий и магний. Все они, впрочем, и ранее были известны в виде "огнепостоянных" (едких) щелочей и щелочных земель, или мягких щелочей.
7. Второй этап химико-аналитического периода в развитии химии (1805-1850 гг.). В это время в результате усовершенствования методов количественного анализа и разработки систематического хода качественного анализа были открыты бор, литий, кадмий, селен, кремний, бром, алюминий, иод, торий, ванадий, лантан (земля), эрбий (земля), тербий (земля), рутений, ниобий.
8. Период открытия элементов с помощью спектрального анализа, непосредственно вслед за разработкой и введением этого метода в практику (1860-1863 гг.): цезий, рубидий, таллий и индий."
Как известно, первая в истории химии "Таблица простых тел" была составлена А.Лавуазье в 1787 г. Все простые вещества были разделены на четыре группы: "I. Простые вещества, представленные во всех трех царствах природы, которые можно рассматривать как элементы тел: 1) свет, 2) теплород, 3) кислород, 4) азот, 5) водород. II. Простые неметаллические вещества, окисляющиеся и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) фосфор, 3) уголь, 4) радикал муриевой кислоты, 5) радикал плавиковой кислоты, 6) радикал борной кислоты. III. Простые металлические вещества, окисляемые и дающие кислоты: 1) сурьма, 2) серебро, 3) мышьяк, 4) висмут, 5) кобальт, 6) медь, 7) олово, 8) железо, 9) марганец, 10) ртуть, 11) молибден, 12) никель, 13) золото, 14) платина, 15) свинец, 16) вольфрам, 17) цинк. IV. Простые вещества, солеобразующие и землистые: 1) известь (известковая земля), 2) магнезия (основание сульфата магния), 3) барит (тяжелая земля), 4) глинозем (глина, квасцовая земля), 5) кремнезем (кремнистая земля)".
Эта таблица легла в основу химической номенклатуры, разработанной Лавуазье. Д.Дальтон ввел в науку важнейшую количественную характеристику атомов химических элементов - относительный вес атомов или атомный вес.
При отыскании закономерностей в свойствах атомов химических элементов ученые прежде всего обратили внимание на характер изменения атомных весов. В 1815-1816 гг. английский химик У.Праут (1785-1850) опубликовал в "Анналах философии" две анонимные статьи, в которых была высказана и обоснована идея, что атомные веса всех химических элементов являются целочисленными (т.е. кратными атомному весу водорода, который принимался тогда равным единице): "Если взгляды, которые мы решились высказать, правильны, то мы почти можем считать, что первоматерия древних воплощена в водороде...". Гипотеза Праута была очень заманчивой и вызвала постановку многих экспериментальных исследований с целью возможно более точного определения атомных весов химических элементов.
В 1829 г. немецкий химик И.Деберейнер (1780-1849) сопоставлял атомные веса у сходных химических элементов: Литий, Кальций, Хлор, Сера, Марганец, Натрий, Стронций,Бром, Селен, Хром,Калий, Барий, Иод,Теллур, Железо и нашел, что атомный вес среднего элемента равен полусумме атомных весов крайних элементов. Поиски новых триад привели Л.Гмелина (1788-1853) - автора всемирно известного справочного руководства по химии - к установлению многочисленных групп сходных элементов и к созданию их своеобразной классификации.
В 60-х гг. XIX века ученые перешли к сопоставлению между собой уже самих групп химически сходных элементов. Так, профессор Парижской горной школы А.Шанкуртуа (1820-1886) расположил все химические элементы на поверхности цилиндра в порядке возрастания их атомных весов так, чтобы получилась "винтовая линия". При таком расположении сходные элементы часто попадали на одну и ту же вертикальную линию. В 1865 г. английским химиком Д.Ньюлендсом (1838-1898) была опубликована таблица, которая включала в себя 62 химических элемента. Элементы были расположены и пронумерованы в порядке возрастания атомных весов.
Ньюлендс использовал нумерацию, чтобы подчеркнуть, что через каждые семь элементов свойства химических элементов повторяются. При обсуждении в Лондонском химическом обществе в 1866 г. новой статьи Ньюлендса (ее к публикации не рекомендовали) профессор Дж.Фостер с сарказмом спросил: "Не пробовали ли Вы расположить элементы в алфавитном порядке их названий и не заметили ли при таком расположении каких-либо новых закономерностей?"
В 1868 г. английский химик У.Олдинг (1829-1921) предложил таблицу, которая, по мнению автора, демонстрировала закономерную взаимосвязь между всеми элементами.
В 1864 г. немецкий профессор Л.Майер (1830-1895) составил таблицу из 44 химических элементов (из 63 известных).
Оценивая этот период, Д.И.Менделеев писал "Нет ни одного сколько-нибудь общего закона природы, который бы основался сразу, всегда его утверждению предшествует много предчувствий, а признание закона наступает не тогда, когда он вполне осознан во всем его значении, а лишь по утверждении его следствий опытами, которые естествоиспытатели должны признавать высшею инстанциею своих соображений и мнений".
В 1868 г. Д.И.Менделеев начал работать над курсом "Основы химии". Для наиболее логичного расположения материала необходимо было как-то расклассифицировать 63 химических элемента. Первый вариат Периодической системы химических элементов был предложен Д.И.Менделеевым в марте 1869 г.
Через две недели на заседании Русского химического общества был зачитан доклад Менделеева "Соотношение свойств с атомным весом элементов", в котором обсуждались возможные принципы классификации химических элементов:
1) по их отношению к водороду (формулы гидридов); 2) по их отношению к кислороду (формулы высших кислородных окислов); 3) по валентности; 4) по величине атомного веса.
Далее в течение следующих лет (1869-1871 гг.) Менделеев изучал и перепроверял те закономерности и "несообразности", которые были замечены в первом варианте "Системы элементов". Подводя итог этой работы, Д.И.Менделеев писал: "По мере возрастания атомного веса элементы сперва имеют все новые и новые изменчивые свойства, а потом эти свойства вновь повторяются в новом порядке, в новой строке и в ряде элементов и в той же последовательности, как и в предшествовавшем ряде. А потому Закон периодичности можно сформулировать следующим образом: "Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости (т.е. правильно повторяются) от их атомного веса". Законы природы исключений не терпят... Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и неожидаемых, и оправдания тех следствий и опытной проверке. Поэтому-то увидев периодический закон, я со своей стороны (1869-1871) вывел из него такие логические следствия, которые могли показать, верен он или нет. К числу их относится предсказание свойств неоткрытых элементов и исправление атомных весов многих, мало в то время обследованных элементов... Надобно что-либо одно - или считать периодический закон верным до конца и составляющим новое орудие химических знаний, или его отвергнуть".
В течение 1872-1874 гг. Менделеев стал заниматься другими проблемами, а в химической литературе о Периодическом законе почти не упоминалось.
В 1875 г. французский химик Л.де Буабодран сообщил, что при исследовании цинковой обманки он спектроскопически обнаружил в ней новый элемент. Он получил соли этого элемента и определил его свойства. В честь Франции он назвал новый элемент галлием (так Францию называли древние римляне). Сравним, что предсказывал Д.И.Менделеев и что было найдено Л.де Буабодраном:
В первом сообщении Л. де Буабодрана удельный вес галлия был найден равным 4.7. Д.И.Менделеев указал ему на его ошибку. При более тщательном измерении удельный вес галлия оказался равен 5.96.
В 1879 г. появилось сообщение шведского химика Л.Нильсона (1840-1899) об открытии им нового химического элемента - скандия. Л.Нильсон отнес скандий к редкоземельным элементам. П.Т.Клеве указал Л.Нильсону на то, что соли скандия бесцветны, его окись нерастворима в щелочах и что скандий представляет собой предсказанный Д.И.Менделеевым экабор. Сравним их свойства.
Анализируя новый минерал в феврале 1886 г. немецкий профессор К.Винклер (1838-1904) открыл новый элемент и считал его аналогом сурьмы и мышьяка. Возникла дискуссия. К.Винклер согласился, что открытый им элемент - это предсказанный Д.И.Менделеевым экасилиций. К.Винклер назвал этот элемент германием.
Итак, ученые-химики трижды подтвердили существование предсказанных Менделеевым химических элементов. Более того, именно предсказанные Менделеевым свойства этих элементов и их положение в Периодической системе позволили исправить ошибки, которые невольно допускали экспериментаторы. Дальнейшее развитие химии происходило на прочной основе Периодического закона, который в 80-х годах XIX в. был признан всеми учеными как один из важнейших законов природы. Таким образом, важнейшей характеристикой любого химического элемента является его место в Периодической системе Д.И.Менделеева .