Her vil leseren finne informasjon om en av de viktigste lovene som noen gang er oppdaget av mennesket i det vitenskapelige feltet - den periodiske loven til Mendeleev Dmitry Ivanovich. Du vil bli kjent med dens betydning og innflytelse på kjemi, de generelle bestemmelsene, egenskapene og detaljene til den periodiske loven, oppdagelsens historie og hovedbestemmelsene vil bli vurdert.
Hva er den periodiske loven
Den periodiske loven er en naturlov av grunnleggende natur, som først ble oppdaget av D. I. Mendeleev tilbake i 1869, og selve oppdagelsen skyldtes en sammenligning av egenskapene til noen kjemiske elementer og atommasseverdiene kjent på den tiden .
Mendeleev hevdet at i henhold til hans lov er enkle og komplekse legemer og forskjellige sammensetninger av elementer avhengig av deres avhengighet av den periodiske typen og av vekten av atomet deres.
Den periodiske loven er unik i sitt slag, og dette skyldes det faktum at den ikke uttrykkes ved matematiske ligninger, i motsetning til andre grunnleggende natur- og universets lover. Grafisk finner den sitt uttrykk i det periodiske systemet for kjemiske elementer.
Oppdagelseshistorie
Oppdagelsen av den periodiske loven fant sted i 1869, men forsøk på å systematisere alle kjente x-elementer begynte lenge før det.
Det første forsøket på å lage et slikt system ble gjort av I. V. Debereiner i 1829. Han klassifiserte alle de kjemiske grunnstoffene han kjente til i triader, sammenkoblet med nærhet til halvparten av summen av atommassene inkludert i denne gruppen av tre komponenter. Etter Debereiner ble det forsøkt å lage en unik tabell for klassifisering av elementer av A. de Chancourtois, han kalte systemet sitt "jordspiralen", og etter ham ble Newlands-oktaven kompilert av John Newlands. I 1864, nesten samtidig, publiserte William Olding og Lothar Meyer uavhengige opprettede tabeller.
Den periodiske loven ble presentert for det vitenskapelige miljøet for vurdering 8. mars 1869, og dette skjedde under et møte i det russiske X-th Society. Mendeleev Dmitry Ivanovich kunngjorde sin oppdagelse foran alle, og samme år ble Mendeleevs lærebok "Fundamentals of Chemistry" utgitt, hvor det periodiske systemet laget av ham ble vist for første gang. Et år senere, i 1870, skrev han en artikkel og sendte den inn for vurdering til RCS, hvor konseptet med den periodiske loven først ble brukt. I 1871 ga Mendeleev en uttømmende beskrivelse av sin forskning i sin berømte artikkel om den periodiske gyldigheten av kjemiske elementer.
Et uvurderlig bidrag til utviklingen av kjemi
Verdien av den periodiske loven er utrolig stor for det vitenskapelige miljøet rundt om i verden. Dette skyldes det faktum at oppdagelsen ga en kraftig drivkraft til utviklingen av både kjemi og andre naturvitenskaper, som fysikk og biologi. Forholdet mellom elementene og deres kvalitative kjemiske og fysiske egenskaper var åpent, og dette gjorde det også mulig å forstå essensen av å bygge alle elementene etter ett prinsipp og ga opphav til den moderne formuleringen av begrepene kjemiske elementer, for å konkretisere kunnskap om ideen om stoffer med kompleks og enkel struktur.
Bruken av den periodiske loven gjorde det mulig å løse problemet med kjemisk prediksjon, for å bestemme årsaken til oppførselen til kjente kjemiske elementer. Atomfysikk, inkludert kjernekraft, ble mulig som et resultat av den samme loven. I sin tur gjorde disse vitenskapene det mulig å utvide horisonten til essensen av denne loven og dykke ned i forståelsen av den.
Kjemiske egenskaper til elementene i det periodiske systemet
Faktisk er de kjemiske elementene forbundet med egenskapene som er iboende i dem i tilstanden til både et fritt atom og et ion, solvatisert eller hydratisert, i en enkel substans og i den formen som deres tallrike forbindelser kan danne. Imidlertid består x-te egenskaper vanligvis i to fenomener: egenskaper karakteristiske for et atom i fri tilstand, og et enkelt stoff. Denne typen egenskaper inkluderer mange av deres typer, men de viktigste er:
- Atomisk ionisering og dets energi, avhengig av elementets plassering i tabellen, dets ordningsnummer.
- Energiforholdet til atomet og elektronet, som i likhet med atomisk ionisering avhenger av elementets plassering i det periodiske system.
- Elektronegativiteten til et atom, som ikke har en konstant verdi, men kan endre seg avhengig av ulike faktorer.
- Radiene til atomer og ioner - her brukes som regel empiriske data, som er assosiert med bølgenaturen til elektroner i bevegelsestilstand.
- Atomisering av enkle stoffer - en beskrivelse av et elements evne til reaktivitet.
- Oksydasjonstilstandene er en formell egenskap, men fremstår som en av de viktigste egenskapene til et grunnstoff.
- Oksydasjonspotensialet for enkle stoffer er en måling og indikasjon på potensialet til et stoff til å virke i vandige løsninger, samt nivået av manifestasjon av redoksegenskaper.
Periodisitet av elementer av intern og sekundær type
Den periodiske loven gir en forståelse av en annen viktig komponent i naturen - intern og sekundær periodisitet. De nevnte studiefeltene for atomegenskaper er faktisk mye mer komplekse enn man skulle tro. Dette skyldes det faktum at elementene s, p, d i tabellen endrer sine kvalitative egenskaper avhengig av deres plassering i perioden (intern periodisitet) og gruppe (sekundær periodisitet). For eksempel er den interne prosessen med overgangen til elementet s fra den første gruppen til den åttende til p-elementet ledsaget av minimums- og maksimumspunkter på energikurven til det ioniserte atomet. Dette fenomenet viser den interne inkonstansen i periodisiteten til endringer i egenskapene til et atom i henhold til dets posisjon i perioden.
Resultater
Nå har leseren en klar forståelse og definisjon av hva Mendeleevs periodiske lov er, innser dens betydning for mennesket og utviklingen av ulike vitenskaper, og har en ide om dens nåværende bestemmelser og oppdagelsens historie.
Essay
"Historien om oppdagelsen og bekreftelsen av den periodiske loven av D.I. Mendeleev"
St. Petersburg 2007
Introduksjon
Periodisk lov D.I. Mendeleev er en grunnleggende lov som etablerer en periodisk endring i egenskapene til kjemiske elementer avhengig av økningen i ladningene til kjernene til atomene deres. Oppdaget av D.I. Mendeleev i februar 1869. Når man sammenligner egenskapene til alle elementene kjent på den tiden og verdiene til deres atommasser (vekter). Begrepet "periodisk lov" ble først brukt av Mendeleev i november 1870, og i oktober 1871 ga han den endelige formuleringen av den periodiske lov: "... elementenes egenskaper, og derfor egenskapene til de enkle og komplekse legemer de form, er i periodisk avhengighet av sin atomvekt." Det grafiske (tabellformede) uttrykket for den periodiske loven er det periodiske systemet av elementer utviklet av Mendeleev.
1. Forsøk fra andre forskere på å utlede den periodiske loven
Det periodiske systemet, eller periodiske klassifiseringen, av grunnstoffene var av stor betydning for utviklingen av uorganisk kjemi i andre halvdel av 1800-tallet. Denne verdien er for tiden kolossal, fordi systemet i seg selv, som et resultat av å studere problemene med materiens struktur, gradvis oppnådde den grad av rasjonalitet som ikke kunne oppnås ved å kjenne bare atomvekter. Overgangen fra empirisk regularitet til lov er det endelige målet for enhver vitenskapelig teori.
Jakten på grunnlaget for den naturlige klassifiseringen av kjemiske elementer og deres systematisering begynte lenge før oppdagelsen av den periodiske loven. Vanskelighetene for naturforskerne som var de første som arbeidet i dette området, var forårsaket av mangelen på eksperimentelle data: på begynnelsen av 1800-tallet. antallet kjente kjemiske elementer var fortsatt for lite, og de aksepterte verdiene for atommassene til mange grunnstoffer var unøyaktige.
Bortsett fra forsøkene til Lavoisier og hans skole på å gi en klassifisering av elementer på grunnlag av kriteriet om analogi i kjemisk oppførsel, tilhører det første forsøket på en periodisk klassifisering av elementer Döbereiner.
Döbereiner-triader og de første elementene
I 1829 forsøkte den tyske kjemikeren I. Döbereiner å systematisere grunnstoffene. Han la merke til at noen elementer som ligner i deres egenskaper kan kombineres i grupper på tre, som han kalte triader: Li–Na–K; Ca-Sr-Ba; S-Se-Te; P–As–Sb; Cl-Br-I.
Essensen av det foreslåtte loven om triader Döbereiner var at atommassen til det midterste elementet i triaden var nær halvparten av summen (aritmetisk gjennomsnitt) av atommassene til de to ekstreme elementene i triaden. Selv om Döbereiner naturlig nok ikke klarte å bryte ned alle kjente grunnstoffer til triader, indikerte loven om triader klart eksistensen av et forhold mellom atommasse og egenskapene til elementene og deres forbindelser. Alle ytterligere forsøk på systematisering var basert på plassering av grunnstoffer i samsvar med deres atommasser.
Döbereiners ideer ble utviklet av L. Gmelin, som viste at forholdet mellom egenskapene til grunnstoffer og deres atommasser er mye mer komplisert enn triader. I 1843 publiserte Gmelin en tabell der kjemisk like grunnstoffer ble arrangert i grupper i stigende rekkefølge etter deres sammenhengende (ekvivalente) vekter. Elementene dannet triader, samt tetrader og pentader (grupper på fire og fem elementer), og elektronegativiteten til elementene i tabellen endret seg jevnt fra topp til bunn.
På 1850-tallet M. von Pettenkofer og J. Dumas foreslo den såkalte. differensialsystemer rettet mot å identifisere generelle mønstre i endringen i atomvekten til elementer, som ble utviklet i detalj av de tyske kjemikerne A. Strekker og G. Chermak.
På begynnelsen av 60-tallet av XIX århundre. flere verk dukket opp på en gang som umiddelbart gikk foran den periodiske lov.
Spiral de Chancourtois
A. de Chancourtua arrangerte alle de kjemiske elementene som var kjent på den tiden i en enkelt sekvens for å øke deres atommasser og påførte den resulterende serien på overflaten av sylinderen langs en linje som kom fra basen i en vinkel på 45 ° til planet til sylinderen. basen (den såkalte. jordspiral). Da overflaten på sylinderen ble brettet ut, viste det seg at det på vertikale linjer parallelt med sylinderens akse var kjemiske elementer med lignende egenskaper. Så litium, natrium, kalium falt på en vertikal; beryllium, magnesium, kalsium; oksygen, svovel, selen, tellur, etc. Ulempen med de Chancourtois-spiralen var omstendighetene at elementer med en helt annen kjemisk oppførsel viste seg å være på samme linje med elementer som var like i sin kjemiske natur. Mangan falt i gruppen alkalimetaller, og titan, som ikke hadde noe med dem å gjøre, falt i gruppen oksygen og svovel.
Newlands bord
Den engelske vitenskapsmannen J. Newlands publiserte i 1864 en tabell med elementer som gjenspeiler det foreslåtte av ham oktaverloven. Newlands viste at i en rekke elementer arrangert i stigende rekkefølge av atomvekter, er egenskapene til det åttende elementet likt det første. Newlands forsøkte å gi denne avhengigheten, som faktisk finner sted for lette elementer, en universell karakter. I tabellen hans var lignende elementer ordnet i horisontale rader, men elementer med helt forskjellige egenskaper viste seg ofte å være i samme rad. I tillegg ble Newlands tvunget til å plassere to elementer i noen celler; til slutt inneholdt ikke bordet tomme seter; som et resultat ble oktaverloven akseptert ekstremt skeptisk.
Odling og Meyer bord
I samme 1864 dukket det første bordet til den tyske kjemikeren L. Meyer opp; 28 elementer ble inkludert i den, plassert i seks kolonner i henhold til deres valens. Meyer begrenset bevisst antall elementer i tabellen for å understreke den regelmessige (lik Döbereiners triader) endring i atommasse i serier av lignende elementer.
I 1870 publiserte Meyer en ny tabell kalt "The Nature of the Elements as a Function of Their Atomic Weight", bestående av ni vertikale kolonner. Lignende elementer var plassert i de horisontale radene på bordet; Meyer lot noen celler være tomme. Tabellen ble ledsaget av en graf over avhengigheten av atomvolumet til et element av atomvekten, som har en karakteristisk sagtannform, som perfekt illustrerer begrepet "periodisitet", allerede foreslått på den tiden av Mendeleev.
2. Hva ble gjort før dagen for den store oppdagelsen
Forutsetningene for oppdagelsen av den periodiske lov bør søkes i boken til D.I. Mendeleev (heretter D.I.) "Fundamentals of Chemistry". De første kapitlene i den andre delen av denne boken av D.I. skrev i begynnelsen av 1869. 1. kapittel var viet til natrium, det 2. - til dets analoger, det tredje - til varmekapasitet, det 4. - til jordalkalimetaller. På dagen for oppdagelsen av den periodiske lov (17. februar 1869) klarte han sannsynligvis allerede å sette opp spørsmålet om forholdet mellom slike polare motsatte grunnstoffer som alkalimetaller og halogenider, som var nær hverandre med hensyn til deres atomitet (valens), samt spørsmålet om forholdet mellom alkalimetallene i seg selv når det gjelder deres atomvekter. Han kom nær spørsmålet om å samle og sammenligne to grupper av polare motsatte elementer når det gjelder atomvekten til medlemmene deres, noe som faktisk allerede betydde avvisningen av prinsippet om å fordele elementer i henhold til deres atomitet og overgangen til prinsippet om deres fordeling i henhold til atomvekter. Denne overgangen var ikke en forberedelse til oppdagelsen av den periodiske lov, men allerede begynnelsen på selve oppdagelsen.
Ved begynnelsen av 1869 ble en betydelig del av grunnstoffene kombinert i separate naturlige grupper og familier på grunnlag av felles kjemiske egenskaper; sammen med dette var den andre delen av dem spredt, og sto fra hverandre separate elementer som ikke var forent i spesielle grupper. Følgende ble ansett som godt etablert:
- en gruppe alkalimetaller - litium, natrium, kalium, rubidium og cesium;
- en gruppe jordalkalimetaller - kalsium, strontium og barium;
– oksygengruppe – oksygen, svovel, selen og tellur;
- nitrogengruppe - nitrogen, fosfor, arsen og antimon. I tillegg ble det ofte tilsatt vismut her, og vanadium ble ansett som en ufullstendig analog av nitrogen og arsen;
- karbongruppe - karbon, silisium og tinn, og titan og zirkonium ble betraktet som ufullstendige analoger av silisium og tinn;
- en gruppe halogener (halogenider) - fluor, klor, brom og jod;
– kobbergruppe – kobber og sølv;
– sinkgruppe – sink og kadmium
– jernfamilie – jern, kobolt, nikkel, mangan og krom;
- familie av platinametaller - platina, osmium, iridium, palladium, ruthenium og rhodium.
Situasjonen var mer komplisert med slike elementer som kunne tilordnes forskjellige grupper eller familier:
- bly, kvikksølv, magnesium, gull, bor, hydrogen, aluminium, tallium, molybden, wolfram.
I tillegg var en rekke elementer kjent, hvis egenskaper ennå ikke var tilstrekkelig studert:
- en familie av sjeldne jordelementer - yttrium, "erbium", cerium, lantan og "didim";
- niob og tantal;
- beryllium;
3. Stor åpningsdag
DI. var en svært allsidig vitenskapsmann. Han hadde en lang og meget sterk interesse for landbruksspørsmål. Han tok nærmest del i virksomheten til Free Economic Society i St. Petersburg (VEO), som han var medlem av. VEO organiserte artel-ostproduksjon i en rekke nordlige provinser. En av initiativtakerne til dette initiativet var N.V. Vereshchagin. I slutten av 1868, d.v.s. mens D.I. ferdig utgave. 2 i boken sin, henvendte Vereshchagin seg til VEO med en forespørsel om å sende et av medlemmene av foreningen for å inspisere arbeidet til artel ostefabrikkene på stedet. Samtykke til denne typen reise ble uttrykt av D.I. I desember 1868 undersøkte han en rekke artel-ostfabrikker i Tver-provinsen. En ekstra forretningsreise var nødvendig for å fullføre undersøkelsen. Akkurat 17. februar 1869 var avgangen planlagt.
Oppdagelsen av Dmitri Mendeleev av det periodiske systemet for kjemiske elementer i mars 1869 var et virkelig gjennombrudd innen kjemi. Den russiske forskeren klarte å systematisere kunnskap om kjemiske elementer og presentere dem i form av en tabell, som skolebarn fortsatt studerer i kjemiklasser nå. Det periodiske systemet ble grunnlaget for den raske utviklingen av denne komplekse og interessante vitenskapen, og historien til oppdagelsen er innhyllet i legender og myter. For alle de som er glad i vitenskap, vil det være interessant å vite sannheten om hvordan Mendeleev oppdaget tabellen over periodiske elementer.
Historien til det periodiske systemet: hvordan det hele begynte
Forsøk på å klassifisere og systematisere kjente kjemiske elementer ble gjort lenge før Dmitri Mendeleev. Deres systemer av elementer ble foreslått av så kjente forskere som Debereiner, Newlands, Meyer og andre. På grunn av mangelen på data om de kjemiske elementene og deres riktige atommasser, var de foreslåtte systemene ikke helt pålitelige.
Historien om oppdagelsen av det periodiske systemet begynner i 1869, da en russisk vitenskapsmann på et møte i Russian Chemical Society fortalte sine kolleger om oppdagelsen hans. I tabellen foreslått av forskeren ble de kjemiske elementene ordnet avhengig av egenskapene deres, gitt av verdien av molekylvekten.
Et interessant trekk ved det periodiske systemet var også tilstedeværelsen av tomme celler, som i fremtiden ble fylt med oppdagede kjemiske elementer forutsagt av forskeren (germanium, gallium, scandium). Etter oppdagelsen av det periodiske systemet ble det gjort tillegg og endringer i det mange ganger. Sammen med den skotske kjemikeren William Ramsay la Mendeleev en gruppe inerte gasser (nullgruppe) til tabellen.
I fremtiden var historien til Mendeleevs periodiske system direkte relatert til funn i en annen vitenskap - fysikk. Arbeidet med bordet med periodiske elementer pågår fortsatt, med moderne forskere som legger til nye kjemiske elementer etter hvert som de blir oppdaget. Betydningen av det periodiske systemet til Dmitri Mendeleev er vanskelig å overvurdere, fordi takket være det:
- Kunnskap om egenskapene til allerede oppdagede kjemiske grunnstoffer ble systematisert;
- Det ble mulig å forutsi oppdagelsen av nye kjemiske grunnstoffer;
- Slike grener av fysikken som atomets fysikk og kjernefysikken begynte å utvikle seg;
Det er mange alternativer for å skildre kjemiske elementer i henhold til den periodiske loven, men det mest kjente og vanlige alternativet er det periodiske systemet som er kjent for alle.
Myter og fakta om etableringen av det periodiske system
Den vanligste misforståelsen i historien om oppdagelsen av det periodiske systemet er at forskeren så det i en drøm. Faktisk tilbakeviste Dmitri Mendeleev selv denne myten og uttalte at han hadde tenkt på den periodiske loven i mange år. For å systematisere de kjemiske elementene skrev han hver av dem på et eget kort og kombinerte dem gjentatte ganger med hverandre, og arrangerte dem i rader avhengig av deres lignende egenskaper.
Myten om den "profetiske" drømmen til en vitenskapsmann kan forklares med det faktum at Mendeleev arbeidet med systematisering av kjemiske elementer i flere dager, avbrutt av en kort søvn. Imidlertid ga bare det harde arbeidet og naturlige talentet til forskeren det etterlengtede resultatet og ga Dmitri Mendeleev verdensomspennende berømmelse.
Mange studenter på skolen, og noen ganger på universitetet, blir tvunget til å lære utenat eller i det minste grovt navigere i det periodiske systemet. For å gjøre dette må en person ikke bare ha et godt minne, men også tenke logisk, koble elementer inn i separate grupper og klasser. Å studere tabellen er lettest for de menneskene som hele tiden holder hjernen i god form ved å ta opplæring på BrainApps.
Godkjenningen av den atom-molekylære teorien ved overgangen til 11800- og 1800-tallet ble ledsaget av en rask vekst i antall kjente kjemiske grunnstoffer. Bare i det første tiåret av 1800-tallet ble 14 nye grunnstoffer oppdaget. Rekordholderen blant oppdagerne var den engelske kjemikeren Humphry Davy, som på ett år skaffet 6 nye enkle stoffer (natrium, kalium, magnesium, kalsium, barium, strontium) ved hjelp av elektrolyse. Og innen 1830 nådde antallet kjente elementer 55.
Eksistensen av et slikt antall elementer, heterogene i deres egenskaper, forvirret kjemikere og krevde bestilling og systematisering av elementer. Mange forskere har lett etter mønstre i listen over elementer og har gjort noen fremskritt. Det er tre mest betydningsfulle verk som utfordret prioriteringen av oppdagelsen av den periodiske loven av D.I. Mendeleev.
Mendeleev formulerte den periodiske loven i form av følgende hovedbestemmelser:
- 1. Elementer ordnet etter atomvekt representerer en distinkt periodisitet av egenskaper.
- 2. Vi må forvente oppdagelsen av mange flere ukjente enkle kropper, for eksempel elementer som ligner på Al og Si med en atomvekt på 65 - 75.
- 3. Verdien av atomvekten til et grunnstoff kan noen ganger korrigeres ved å kjenne til dets analogier.
Noen analogier avsløres av størrelsen på vekten til atomet deres. Den første posisjonen var kjent allerede før Mendeleev, men det var han som ga den karakteren av en universell lov, som på grunnlag av den forutså eksistensen av ennå uoppdagede elementer, endret atomvektene til en rekke elementer og ordnet noen elementer i tabellen i motsetning til deres atomvekter, men i full overensstemmelse med deres egenskaper (hovedsakelig valens). De resterende bestemmelsene ble bare oppdaget av Mendeleev og er logiske konsekvenser av den periodiske loven. Riktigheten av disse konsekvensene ble bekreftet av mange eksperimenter i løpet av de neste to tiårene og gjorde det mulig å snakke om den periodiske loven som en streng naturlov.
Ved å bruke disse bestemmelsene kompilerte Mendeleev sin versjon av det periodiske systemet for grunnstoffer. Det første utkastet til tabellen over elementer dukket opp 17. februar (1. mars, i henhold til den nye stilen), 1869.
Og den 6. mars 1869 ga professor Menshutkin en offisiell kunngjøring om Mendeleevs oppdagelse på et møte i det russiske kjemiske selskap.
Følgende tilståelse ble lagt i munnen på forskeren: Jeg ser et bord i en drøm, hvor alle elementene er ordnet etter behov. Jeg våknet, skrev det umiddelbart ned på et stykke papir - bare på ett sted viste det seg senere å være den nødvendige endringen. Hvor enkelt er alt i legender! Utviklingen og korreksjonen tok mer enn 30 år av forskerens liv.
Prosessen med å oppdage den periodiske lov er lærerikt, og Mendeleev selv snakket om det på denne måten: «Ideen oppsto ufrivillig om at det må være en sammenheng mellom masse og kjemiske egenskaper.
Og siden massen til et stoff, selv om det ikke er absolutt, men bare relativ, til slutt uttrykkes i form av atomvektene, er det nødvendig å se etter en funksjonell samsvar mellom de individuelle egenskapene til elementene og deres atomvekter. Å lete etter noe, til og med sopp eller en slags avhengighet, er umulig på annen måte enn å lete og prøve.
Så jeg begynte å velge, på separate kort, elementer med deres atomvekter og grunnleggende egenskaper, lignende elementer og nære atomvekter, noe som raskt førte til konklusjonen at elementenes egenskaper er i periodisk avhengighet av deres atomvekt, og tvilte dessuten på mange uklarheter, jeg tvilte ikke et minutt på generaliteten til konklusjonen som ble trukket, siden det er umulig å innrømme en ulykke.
I det aller første periodiske system er alle grunnstoffer til og med kalsium de samme som i den moderne tabellen, med unntak av edelgasser. Dette kan sees fra et sidefragment fra en artikkel av D.I. Mendeleev, som inneholder det periodiske systemet av elementer.
Basert på prinsippet om å øke atomvektene, skulle de neste grunnstoffene etter kalsium ha vært vanadium, krom og titan. Men Mendeleev satte et spørsmålstegn etter kalsium, og plasserte deretter titan, og endret atomvekten fra 52 til 50.
Det ukjente elementet, indikert med et spørsmålstegn, ble tildelt en atomvekt på A = 45, som er det aritmetiske gjennomsnittet mellom atomvektene til kalsium og titan. Så, mellom sink og arsen, ga Mendeleev plass til to grunnstoffer som ennå ikke var oppdaget med en gang. I tillegg plasserte han tellur foran jod, selv om sistnevnte har lavere atomvekt. Med et slikt arrangement av elementer inneholdt alle horisontale rader i tabellen bare lignende elementer, og periodisiteten til endringer i elementenes egenskaper ble tydelig manifestert. De neste to årene forbedret Mendeleev systemet av elementer betydelig. I 1871 ble den første utgaven av Dmitry Ivanovichs lærebok "Fundamentals of Chemistry" utgitt, der det periodiske systemet er gitt i en nesten moderne form.
8 grupper av elementer ble dannet i tabellen, gruppetallene indikerer den høyeste valensen til elementene i de seriene som er inkludert i disse gruppene, og periodene blir nærmere moderne, delt inn i 12 serier. Nå begynner hver periode med et aktivt alkalimetall og slutter med et typisk ikke-metallhalogen. Den andre versjonen av systemet gjorde det mulig for Mendeleev å forutsi eksistensen av ikke 4, men 12 grunnstoffer og, utfordrende den vitenskapelige verden, beskrevet med utrolig nøyaktighet egenskapene til tre ukjente elementer, som han kalte ekabor (eka på sanskrit betyr "en og den samme"), ekaaluminum og ekasilicon. (Gallia er det gamle romerske navnet på Frankrike). Forskeren klarte å isolere dette elementet i sin rene form og studere dets egenskaper. Og Mendeleev så at egenskapene til gallium sammenfaller med egenskapene til ekaaluminum forutsagt av ham, og informerte Lecoq de Boisbaudran om at han feilaktig hadde målt tettheten til gallium, som skulle være lik 5,9-6,0 g/cm3 i stedet for 4,7 g/cm3 . Mer nøyaktige målinger førte faktisk til riktig verdi på 5,904 g/cm3. Den endelige anerkjennelsen av den periodiske loven til D.I. Mendeleev oppnådde etter 1886, da den tyske kjemikeren K. Winkler, som analyserte sølvmalm, mottok et grunnstoff som han kalte germanium. Det viser seg å være et eksacilium.
Periodisk lov og det periodiske systemet av grunnstoffer.
Den periodiske loven er en av kjemiens viktigste lover. Mendeleev mente at hovedkarakteristikken til et element er dets atommasse. Derfor arrangerte han alle grunnstoffene på én rad for å øke deres atommasse.
Hvis vi vurderer en rekke grunnstoffer fra Li til F, kan vi se at de metalliske egenskapene til elementene er svekket, og de ikke-metalliske egenskapene forbedres. Egenskapene til grunnstoffene i serien fra Na til Cl endres tilsvarende. Det neste tegnet K, som Li og Na, er et typisk metall.
Den høyeste valensen til grunnstoffene øker fra I y Li til V y N (oksygen og fluor har henholdsvis konstant valens II og I) og fra I y Na til VII y Cl. Det neste grunnstoffet K, som Li og Na, har valens I. I rekken av oksider fra Li2O til N2O5 og hydroksider fra LiOH til HNO3 svekkes de grunnleggende egenskapene, og de sure egenskapene forbedres. Egenskapene til oksider endres tilsvarende i serien fra Na2O og NaOH til Cl2O7 og HClO4. Kaliumoksid K2O, som litium- og natriumoksider Li2O og Na2O, er et basisk oksid, og kaliumhydroksid KOH, som litium- og natriumhydroksider LiOH og NaOH, er en typisk base.
Formene og egenskapene til ikke-metaller endres på samme måte fra CH4 til HF og fra SiH4 til HCl.
Denne karakteren av egenskapene til elementer og deres forbindelser, som observeres med en økning i atommassen til elementer, kalles periodisk endring. Egenskapene til alle kjemiske elementer endres periodisk med økende atommasse.
Denne periodiske endringen kalles den periodiske avhengigheten av egenskapene til elementer og deres forbindelser av størrelsen på atommassen.
Derfor har D.I. Mendeleev formulerte loven han oppdaget som følger:
· Grunnstoffenes egenskaper, samt formene og egenskapene til grunnstoffenes forbindelser er i periodisk avhengighet av verdien av grunnstoffenes atommasse.
Mendeleev arrangerte elementenes perioder under hverandre og kompilerte som et resultat det periodiske systemet for grunnstoffer.
Han sa at elementtabellen ikke bare var frukten av hans eget arbeid, men også av innsatsen til mange kjemikere, blant dem bemerket han spesielt "forsterkerne av den periodiske loven" som oppdaget grunnstoffene han forutså.
For å lage et moderne bord tok det mange år med hardt arbeid av tusenvis av kjemikere og fysikere. Hvis Mendeleev var i live nå, og så på den moderne tabellen over elementer, kunne han godt gjenta ordene til den engelske kjemikeren J. W. Mellor, forfatteren av det klassiske 16-binds leksikon om uorganisk og teoretisk kjemi. Etter å ha fullført arbeidet i 1937, etter 15 års arbeid, skrev han med takknemlighet på tittelsiden: «Dedikert til menigheten til en enorm hær av kjemikere. Deres navn er glemt, verkene deres forblir"...
Det periodiske systemet er en klassifisering av kjemiske elementer som fastslår avhengigheten av ulike egenskaper til grunnstoffer på ladningen til atomkjernen. Systemet er et grafisk uttrykk for den periodiske lov. Per oktober 2009 er 117 kjemiske grunnstoffer kjent (med serienummer fra 1 til 116 og 118), hvorav 94 finnes i naturen (noen er bare i spormengder). Resten23 ble oppnådd kunstig som et resultat av kjernefysiske reaksjoner - dette er prosessen med transformasjon av atomkjerner, som skjer når de samhandler med elementære partikler, gamma-kvanter og med hverandre, noe som vanligvis fører til frigjøring av en enorm mengde energi. De første 112 elementene har permanente navn, resten er midlertidige.
Oppdagelsen av det 112. elementet (det tyngste av de offisielle) er anerkjent av International Union of Theoretical and Applied Chemistry.
Den mest stabile kjente isotopen av dette elementet har en halveringstid på 34 sekunder. I begynnelsen av juni 2009 bærer den det uoffisielle navnet ununbium, og ble først syntetisert i februar 1996 ved tungioneakseleratoren ved Heavy Ion Institute i Darmstadt. Oppdagerne har et halvt år på seg til å foreslå et nytt offisielt navn å legge til tabellen (de har allerede foreslått Wickshausius, Helmholtius, Venusius, Frisch, Strassmanius og Heisenberg). For tiden er transuranelementer med nummer 113-116 og 118, oppnådd ved Joint Institute for Nuclear Research i Dubna, kjent, men de er ennå ikke offisielt anerkjent. Mer vanlig enn andre er 3 former for det periodiske systemet: "kort" (kort periode), "lang" (lang periode) og "ekstra lang". I den "ekstra lange" versjonen opptar hver periode nøyaktig én linje. I den "lange" versjonen, lantanider (en familie av 14 kjemiske elementer med serienummer 58--71, lokalisert i VI-perioden av systemet) og aktinider (en familie av radioaktive kjemiske elementer, bestående av aktinium og 14 lignende i deres kjemiske egenskaper) er tatt ut av den generelle tabellen, noe som gjør den mer kompakt. I den "korte" formen for oppføring, i tillegg til dette, opptar den fjerde og påfølgende perioden 2 linjer; symbolene til elementene i hoved- og sekundærundergruppene er justert i forhold til forskjellige kanter av cellene. Den korte formen av tabellen som inneholder åtte grupper av elementer ble offisielt avskaffet av IUPAC i 1989. Til tross for anbefalingen om å bruke det lange skjemaet, ble det korte skjemaet fortsatt gitt i et stort antall russiske oppslagsverk og manualer etter den tid. Fra moderne utenlandsk litteratur er den korte formen helt utelukket, i stedet brukes den lange formen. Noen forskere forbinder denne situasjonen blant annet med den tilsynelatende rasjonelle kompaktheten til den korte formen av bordet, samt med stereotyp tenkning og manglende oppfatning av moderne (internasjonal) informasjon.
I 1969 foreslo Theodor Seaborg en utvidet periodisk tabell over grunnstoffer. Niels Bohr utviklet stigen (pyramideformen) av det periodiske systemet.
Det er mange andre, sjelden eller ikke brukte i det hele tatt, men veldig originale, måter å vise den periodiske loven grafisk på. I dag finnes det flere hundre versjoner av tabellen, mens forskere tilbyr flere og flere nye alternativer.
Periodisk lov og dens begrunnelse.
Den periodiske loven gjorde det mulig å bringe inn i systemet og generalisere en enorm mengde vitenskapelig informasjon innen kjemi. Denne funksjonen til loven kalles integrativ. Det manifesterer seg spesielt tydelig i struktureringen av kjemiens vitenskapelige og pedagogiske materiale.
Akademiker A.E. Fersman sa at systemet forente all kjemi innenfor rammen av en enkelt romlig, kronologisk, genetisk, energiforbindelse.
Den integrerende rollen til den periodiske loven ble også manifestert i det faktum at noen data om elementene, som angivelig falt ut av generelle mønstre, ble verifisert og foredlet både av forfatteren selv og av hans tilhengere.
Dette skjedde med egenskapene til beryllium. Før Mendeleevs arbeid ble det ansett som en trivalent analog av aluminium på grunn av deres såkalte diagonale likhet. I den andre perioden var det altså to treverdige grunnstoffer og ikke et eneste toverdig grunnstoff. Det var på dette stadiet at Mendeleev mistenkte en feil i å forske på egenskapene til beryllium, han fant arbeidet til den russiske kjemikeren Avdeev, som hevdet at beryllium er toverdig og har en atomvekt på 9. Avdeevs arbeid forble ubemerket av den vitenskapelige verden, forfatteren døde tidlig, tilsynelatende etter å ha blitt forgiftet med ekstremt giftige berylliumforbindelser. Resultatene av Avdeevs forskning ble etablert i vitenskapen takket være den periodiske loven.
Slike endringer og forbedringer av verdiene til både atomvekter og valenser ble gjort av Mendeleev for ni flere elementer (In, V, Th, U, La, Ce og tre andre lantanider).
Ti flere grunnstoffer hadde bare atomvekter korrigert. Og alle disse forbedringene ble deretter bekreftet eksperimentelt.
Den prognostiske (prediktive) funksjonen til den periodiske loven fikk den mest slående bekreftelsen i oppdagelsen av ukjente grunnstoffer med serienummer 21, 31 og 32.
Deres eksistens ble først spådd på et intuitivt nivå, men med dannelsen av systemet var Mendeleev i stand til å beregne egenskapene deres med høy grad av nøyaktighet. Den velkjente historien om oppdagelsen av scandium, gallium og germanium var triumfen for Mendeleevs oppdagelse. Han kom med alle sine spådommer på grunnlag av den universelle naturloven oppdaget av ham selv.
Totalt ble tolv grunnstoffer forutsagt av Mendeleev. Helt fra begynnelsen påpekte Mendeleev at loven beskriver egenskapene til ikke bare de kjemiske elementene selv, men også til mange av deres forbindelser. Det er nok å gi et eksempel for å bekrefte dette. Siden 1929, da akademiker P. L. Kapitsa først oppdaget den ikke-metalliske ledningsevnen til germanium, begynte utviklingen av teorien om halvledere i alle land i verden.
Det ble umiddelbart klart at elementer med slike egenskaper okkuperer hovedundergruppen til gruppe IV.
Over tid kom forståelsen av at forbindelser av grunnstoffer lokalisert i perioder like fjernt fra denne gruppen (for eksempel med en generell formel som AzB) skulle ha halvlederegenskaper i større eller mindre grad.
Dette gjorde umiddelbart letingen etter nye praktisk viktige halvledere målrettet og forutsigbar. Nesten all moderne elektronikk er basert på slike forbindelser.
Det er viktig å merke seg at spådommer innenfor rammen av det periodiske systemet ble gjort selv etter dets universelle anerkjennelse. I 1913
Moseley oppdaget at bølgelengden til røntgenstråler, som er hentet fra antikatoder laget av forskjellige grunnstoffer, varierer regelmessig avhengig av ordenstallet som konvensjonelt er tildelt grunnstoffene i det periodiske systemet. Eksperimentet bekreftet at atomnummeret til et grunnstoff har en direkte fysisk betydning.
Først senere ble serienumre assosiert med verdien av den positive ladningen til kjernen. På den annen side gjorde Moseleys lov det mulig å umiddelbart eksperimentelt bekrefte antall grunnstoffer i perioder og samtidig forutsi stedene for hafnium (nr. 72) og rhenium (nr. 75) som ennå ikke var blitt oppdaget på den tiden.
I lang tid var det en tvist: å skille inerte gasser i en uavhengig nullgruppe av elementer eller å betrakte dem som hovedundergruppen til gruppe VIII.
Basert på plasseringen av elementene i det periodiske systemet, har teoretiske kjemikere ledet av Linus Pauling lenge tvilt på den fullstendige kjemiske passiviteten til inerte gasser, og peker direkte på den mulige stabiliteten til deres fluorider og oksider.
Men først i 1962 utførte den amerikanske kjemikeren Neil Bartlett for første gang reaksjonen av platinaheksafluorid med oksygen under de mest vanlige forhold, og oppnådde xenonheksafluorplatinat XePtF ^, og etter det andre gassforbindelser, som nå mer korrekt kalles edle, og ikke inert.
Vinteren 1867-68 begynte Mendeleev å skrive læreboken «Fundamentals of Chemistry» og møtte umiddelbart vanskeligheter med å systematisere faktamaterialet. I midten av februar 1869, mens han grublet på strukturen til læreboken, kom han gradvis til den konklusjon at egenskapene til enkle stoffer (og dette er formen for eksistensen av kjemiske elementer i en fri tilstand) og atommassene til elementene er forbundet med et bestemt mønster.
Mendeleev visste ikke mye om sine forgjengeres forsøk på å ordne de kjemiske elementene i rekkefølge etter økende atommasser og om hendelsene som oppsto i dette tilfellet. For eksempel hadde han nesten ingen informasjon om arbeidet til Chancourtois, Newlands og Meyer.
Det avgjørende stadiet for hans tanker kom 1. mars 1869 (14. februar, gammel stil). En dag tidligere skrev Mendeleev en forespørsel om en ti-dagers ferie for å inspisere artel ostefabrikker i Tver-provinsen: han mottok et brev med anbefalinger for å studere osteproduksjon fra A. I. Khodnev, en av lederne av Free Economic Society.
Petersburg den dagen var overskyet og frost. Trærne knirket i vinden i universitetshagen, der vinduene til Mendeleevs leilighet så ut. Mens han fortsatt lå i sengen, drakk Dmitry Ivanovich et krus varm melk, reiste seg deretter, vasket seg og gikk til frokost. Humøret hans var fantastisk.
Ved frokosten hadde Mendeleev en uventet idé: å sammenligne nære atommasser av forskjellige kjemiske elementer og deres kjemiske egenskaper.
Uten å tenke to ganger, på baksiden av Khodnevs brev, skrev han ned symbolene for klor Cl og kalium K med ganske like atommasser, lik henholdsvis 35,5 og 39 (forskjellen er bare 3,5 enheter). I det samme brevet skisserte Mendeleev symboler for andre elementer, på jakt etter lignende "paradoksale" par blant dem: fluor F og natrium Na, brom Br og rubidium Rb, jod I og cesium Cs, for hvilke masseforskjellen øker fra 4,0 til 5,0 og deretter til 6,0. Mendeleev kunne da ikke vite at den "ubestemte sonen" mellom åpenbare ikke-metaller og metaller inneholder elementer - edle gasser, hvis oppdagelse i fremtiden vil endre det periodiske systemet betydelig.
Etter frokost stengte Mendeleev seg på kontoret sitt. Han tok frem en pakke visittkort fra skrivebordet og begynte å skrive symbolene til elementene og deres viktigste kjemiske egenskaper på baksiden.
Etter en stund hørte husstanden hvordan det begynte å høres fra kontoret: "Uuu! Horned one. Wow, what a horned one! Jeg skal overvinne dem. Jeg skal drepe dem!" Disse utropene betydde at Dmitry Ivanovich hadde en kreativ inspirasjon.
Mendeleev flyttet kortene fra en horisontal rad til en annen, styrt av verdiene til atommassen og egenskapene til enkle stoffer dannet av atomer av samme element. Nok en gang kom en grundig kunnskap om uorganisk kjemi til hjelp. Gradvis begynte utseendet til fremtidens periodiske system for kjemiske elementer å ta form.
Så først satte han et kort med grunnstoffet beryllium Be (atommasse 14) ved siden av kortet til aluminiumelementet Al (atommasse 27,4), i henhold til daværende tradisjon, og tok beryllium for en analog av aluminium. Men da, sammenlignet de kjemiske egenskapene, plasserte han beryllium over magnesium Mg. Etter å ha tvilt på den da allment aksepterte verdien av atommassen til beryllium, endret han den til 9,4, og endret formelen for berylliumoksid fra Be2O3 til BeO (som magnesiumoksid MgO). Forresten, den "korrigerte" verdien av atommassen til beryllium ble bekreftet bare ti år senere. Han opptrådte like frimodig ved andre anledninger.
Gradvis kom Dmitry Ivanovich til den endelige konklusjonen at elementene, arrangert i stigende rekkefølge av deres atommasser, viser en klar periodisitet i fysiske og kjemiske egenskaper.
I løpet av dagen jobbet Mendeleev med elementsystemet, tok korte pauser for å leke med datteren Olga, spise lunsj og middag.
Om kvelden 1. mars 1869 hvitkopierte han tabellen han hadde satt sammen, og under tittelen "Eksperiment med et system av grunnstoffer basert på deres atomvekt og kjemiske likhet", sendte han den til trykkeriet, og gjorde notater for settere. og sette datoen "17. februar 1869" (i henhold til gammel stil).
Dette er hvordan den periodiske loven ble oppdaget, hvis moderne formulering er som følger: "Egenskapene til enkle stoffer, så vel som formene og egenskapene til sammensetninger av elementer, er i periodisk avhengighet av ladningen til kjernene til deres atomer"
Mendeleev var da bare 35 år gammel.
Mendeleev sendte trykte ark med en tabell over elementer til mange innenlandske og utenlandske kjemikere, og først etter det forlot han St. Petersburg for å inspisere ostefabrikker.
Før han dro klarte han likevel å overlevere til N. A. Menshutkin, en organisk kjemiker og fremtidig kjemihistoriker, manuskriptet til artikkelen "Relation of properties with the atomic weight of elements" - for publisering i Journal of the Russian Chemical Society og for kommunikasjon på det kommende møtet i samfunnet.
Den 18. mars 1869 laget Menshutkin, som på den tiden var foreningens kontorist, en liten rapport om den periodiske lov på vegne av Mendeleev. Rapporten vakte til å begynne med ikke mye oppmerksomhet fra kjemikere, og presidenten for Russian Chemical Society, akademiker Nikolai Zinin (1812-1880) uttalte at Mendeleev ikke gjorde det en ekte forsker burde gjøre. Riktignok to år senere, etter å ha lest Dmitry Ivanovichs artikkel "Det naturlige systemet av elementer og dets anvendelse for å indikere egenskapene til visse elementer," ombestemte Zinin mening og skrev til Mendeleev: "Veldig, veldig bra, veldig gode tilnærminger, til og med morsomme å lese, Gud velsigne deg lykke til i eksperimentell bekreftelse av konklusjonene dine. Oppriktig viet til deg og dypt respekt for deg N. Zinin.
Mendeleev hadde fortsatt mye å gjøre etter oppdagelsen av den periodiske lov. Årsaken til den periodiske endringen i grunnstoffenes egenskaper forble ukjent, og selve strukturen i det periodiske system, hvor egenskapene ble gjentatt gjennom syv grunnstoffer i det åttende, fant ingen forklaring. Imidlertid ble det første mysteriets slør fjernet fra disse tallene: i den andre og tredje perioden av systemet var det da bare syv elementer hver.
Mendeleev plasserte ikke alle grunnstoffene i stigende rekkefølge av atommasser; i noen tilfeller ble han mer styrt av likheten mellom kjemiske egenskaper. Så kobolt Co har en atommasse større enn nikkel Ni, tellur Te har også en større atommasse enn jod I, men Mendeleev plasserte dem i rekkefølgen Co - Ni, Te - I, og ikke omvendt. Ellers ville tellur falle inn i gruppen halogener, og jod ville bli en slektning av selen Se.
Det viktigste i oppdagelsen av den periodiske loven er spådommen om eksistensen av ennå uoppdagede kjemiske elementer. Under aluminium Al etterlot Mendeleev et sted for sin analoge "ekaaluminum", under bor B - for "ekabor", og under silisium Si - for "ekasilisium". Dette er hvordan Mendeleev kalte kjemiske elementer som ennå ikke var oppdaget. Han ga dem til og med symbolene El, Eb og Es.
Angående grunnstoffet "ecasilisium", skrev Mendeleev: "Det virker for meg at det mest interessante av de utvilsomt manglende metallene vil være det som tilhører IV-gruppen av analoger av karbon, nemlig III-serien. Dette vil være metall umiddelbart etter silisium, og derfor vil vi navngi hans eksacilitasjon." Faktisk skulle dette ennå uoppdagede elementet bli en slags "lås" som forbinder to typiske ikke-metaller - karbon C og silisium Si - med to typiske metaller - tinn Sn og bly Pb.
Ikke alle utenlandske kjemikere satte umiddelbart pris på betydningen av Mendeleevs oppdagelse. Det endret mye i verden av etablerte ideer. Dermed hevdet den tyske fysikalske kjemikeren Wilhelm Ostwald, den fremtidige nobelprisvinneren, at det ikke var loven som ble oppdaget, men prinsippet om å klassifisere «noe ubestemt». Den tyske kjemikeren Robert Bunsen, som oppdaget to nye alkaliske grunnstoffer i 1861, rubidium Rb og cesium Cs, skrev at Mendelejev tok kjemikere «inn i en langsøkt verden av rene abstraksjoner».
Hermann Kolbe, professor ved universitetet i Leipzig, kalte Mendeleevs oppdagelse "spekulativ" i 1870. Kolbe ble preget av uhøflighet og avvisning av nye teoretiske synspunkter innen kjemi. Spesielt var han en motstander av teorien om strukturen til organiske forbindelser og angrep på et tidspunkt skarpt Jacob van't Hoffs artikkel «Chemistry in Space». Van't Hoff ble senere den første nobelprisvinneren for sin forskning. Men Kolbe foreslo at slike forskere som van't Hoff "ekskluderer fra rekkene til ekte vitenskapsmenn og melder dem inn i spiritistenes leir"!
Hvert år vant den periodiske loven flere og flere tilhengere, og dens oppdager - mer og mer anerkjennelse. Høytstående besøkende begynte å dukke opp i Mendeleevs laboratorium, inkludert til og med storhertug Konstantin Nikolayevich, leder for marineavdelingen.