Aici cititorul va găsi informații despre una dintre cele mai importante legi descoperite vreodată de om în domeniul științific - legea periodică a lui Dmitri Ivanovici Mendeleev. Vă veți familiariza cu semnificația și influența acesteia asupra chimiei, vor fi luate în considerare prevederile generale, caracteristicile și detaliile legii periodice, istoria descoperirii și principalele prevederi.
Ce este legea periodică
Legea periodică este o lege naturală de natură fundamentală, care a fost descoperită pentru prima dată de D.I Mendeleev în 1869, iar descoperirea în sine a avut loc printr-o comparație a proprietăților unor elemente chimice și a valorilor masei atomice cunoscute la acel moment.
Mendeleev a susținut că, conform legii sale, corpurile simple și complexe și diverșii compuși ai elementelor depind de dependența lor de tip periodic și de greutatea atomului lor.
Legea periodică este unică în felul ei și asta se datorează faptului că nu este exprimată prin ecuații matematice, spre deosebire de alte legi fundamentale ale naturii și ale universului. Grafic, își găsește expresia în tabelul periodic al elementelor chimice.
Istoria descoperirii
Descoperirea legii periodice a avut loc în 1869, dar încercările de a sistematiza toate elementele x-th cunoscute au început cu mult înainte de aceasta.
Prima încercare de a crea un astfel de sistem a fost făcută de I. V. Debereiner în 1829. El a clasificat toate elementele chimice cunoscute de el în triade, legate între ele prin apropierea a jumătate din suma maselor atomice incluse în acest grup de trei componente. . În urma lui Debereiner, s-a încercat să creeze un tabel unic pentru clasificarea elementelor de către A. de Chancourtois și-a numit sistemul „spirala pământească”, iar după el a fost compilată octava Newlands de către John Newlands. În 1864, aproape simultan, William Olding și Lothar Meyer au publicat tabele create independent unul de celălalt.
Legea periodică a fost prezentată comunității științifice spre revizuire la 8 martie 1869, iar acest lucru s-a întâmplat în timpul unei reuniuni a Societății Ruse. Dmitri Ivanovici Mendeleev și-a anunțat descoperirea în fața tuturor, iar în același an a fost publicat manualul lui Mendeleev „Fundamentals of Chemistry”, unde a fost afișat pentru prima dată tabelul periodic creat de el. Un an mai târziu, în 1870, a scris un articol și l-a înaintat Societății Ruse de Chimie, unde a fost folosit pentru prima dată conceptul de lege periodică. În 1871, Mendeleev a oferit o descriere cuprinzătoare a conceptului său în celebrul său articol despre legea periodică a elementelor chimice.
Contribuție neprețuită la dezvoltarea chimiei
Importanța legii periodice este incredibil de mare pentru comunitatea științifică din întreaga lume. Acest lucru se datorează faptului că descoperirea sa a dat un impuls puternic dezvoltării atât a chimiei, cât și a altor științe naturale, de exemplu, fizica și biologia. Relația dintre elemente și caracteristicile lor calitative chimice și fizice a fost deschisă și aceasta a făcut posibilă înțelegerea esenței construcției tuturor elementelor după un singur principiu și a dat naștere formulării moderne a conceptelor despre elementele chimice, pentru a concretiza cunoștințele; de substanţe cu structură complexă şi simplă.
Utilizarea legii periodice a făcut posibilă rezolvarea problemei prognozei chimice și determinarea motivului comportării elementelor chimice cunoscute. Fizica atomică, inclusiv energia nucleară, a devenit posibilă ca urmare a aceleiași legi. La rândul lor, aceste științe au făcut posibilă extinderea orizontului esenței acestei legi și aprofundarea înțelegerii acesteia.
Proprietățile chimice ale elementelor din tabelul periodic
În esență, elementele chimice sunt interconectate prin caracteristicile inerente lor în starea unui atom sau ion liber, solvat sau hidratat, într-o substanță simplă și forma pe care o pot forma numeroșii lor compuși. Cu toate acestea, aceste proprietăți constau de obicei din două fenomene: proprietăți caracteristice unui atom în stare liberă și ale unei substanțe simple. Există multe tipuri de proprietăți de acest tip, dar cele mai importante sunt:
- Ionizarea atomică și energia sa, în funcție de poziția elementului în tabel, numărul său ordinal.
- Afinitatea energetică a unui atom și a unui electron, care, ca și ionizarea atomică, depinde de locația elementului în tabelul periodic.
- Electronegativitatea unui atom, care nu are o valoare constantă, dar poate varia în funcție de diverși factori.
- Razele atomilor și ionilor - aici, de regulă, sunt utilizate date empirice, care sunt asociate cu natura ondulatorie a electronilor în stare de mișcare.
- Atomizarea substanțelor simple - o descriere a capacităților de reactivitate ale unui element.
- Stările de oxidare sunt o caracteristică formală, dar apar ca una dintre cele mai importante caracteristici ale unui element.
- Potențialul de oxidare pentru substanțele simple este o măsurare și indicare a potențialului unei substanțe de a acționa în soluții apoase, precum și a nivelului de manifestare a proprietăților redox.
Periodicitatea elementelor de tip intern și secundar
Legea periodică oferă o înțelegere a unei alte componente importante a naturii - periodicitatea internă și secundară. Domeniile menționate mai sus de studiu a proprietăților atomice sunt de fapt mult mai complexe decât s-ar putea crede. Acest lucru se datorează faptului că elementele s, p, d ale tabelului își schimbă caracteristicile calitative în funcție de poziția lor în perioadă (periodicitate internă) și grup (periodicitate secundară). De exemplu, procesul intern de tranziție a elementului s de la primul grup la al optulea la elementul p este însoțit de puncte minime și maxime pe curba liniei energetice a atomului ionizat. Acest fenomen arată instabilitatea internă a periodicității modificărilor proprietăților unui atom în funcție de poziția sa în perioadă.
Rezultate
Acum, cititorul are o înțelegere clară și o definiție a ceea ce este legea periodică a lui Mendeleev, își dă seama de semnificația ei pentru om și dezvoltarea diferitelor științe și are o idee despre prevederile sale moderne și despre istoria descoperirii sale.
Abstract
„Istoria descoperirii și confirmării legii periodice de către D.I. Mendeleev"
Sankt Petersburg 2007
Introducere
Dreptul periodic D.I. Mendeleev este o lege fundamentală care stabilește o modificare periodică a proprietăților elementelor chimice în funcție de creșterea sarcinilor nucleelor atomilor lor. Deschis de D.I. Mendeleev în februarie 1869. Când se compară proprietățile tuturor elementelor cunoscute la acel moment și valorile maselor lor atomice (greutăți). Mendeleev a folosit pentru prima dată termenul „lege periodică” în noiembrie 1870, iar în octombrie 1871 a dat formularea finală a Legii periodice: „... proprietățile elementelor și, prin urmare, proprietățile corpurilor simple și complexe pe care le formează, sunt periodic dependente de greutatea lor atomică.” Expresia grafică (tabulară) a legii periodice este sistemul periodic de elemente dezvoltat de Mendeleev.
1. Încercările altor oameni de știință de a deriva legea periodică
Sistemul periodic sau clasificarea periodică a elementelor a avut o importanță deosebită pentru dezvoltarea chimiei anorganice în a doua jumătate a secolului al XIX-lea. Această semnificație este în prezent colosală, deoarece sistemul însuși, ca urmare a studierii problemelor structurii materiei, a dobândit treptat un grad de raționalitate care nu putea fi atins prin cunoașterea doar a greutăților atomice. Tranziția de la regularitatea empirică la drept este scopul ultim al oricărei teorii științifice.
Căutarea bazei clasificării naturale a elementelor chimice și sistematizarea lor a început cu mult înainte de descoperirea Legii Periodice. Dificultăţile cu care s-au confruntat oamenii de ştiinţă naturii care au lucrat primii în acest domeniu au fost cauzate de lipsa datelor experimentale: la începutul secolului al XIX-lea. numărul de elemente chimice cunoscute era încă prea mic, iar valorile acceptate ale maselor atomice ale multor elemente erau inexacte.
În afară de încercările lui Lavoisier și ale școlii sale de a clasifica elementele pe baza criteriului analogiei în comportamentul chimic, prima încercare de clasificare periodică a elementelor îi aparține lui Döbereiner.
Triadele Döbereiner și primele sisteme de elemente
În 1829, chimistul german I. Döbereiner a încercat să sistematizeze elementele. El a observat că unele elemente cu proprietăți similare pot fi combinate în grupuri de trei, pe care le-a numit triade: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.
Esența propusului legea triadelor Döbereiner a spus că masa atomică a elementului mijlociu al triadei era aproape de jumătate din suma (media aritmetică) a maselor atomice ale celor două elemente extreme ale triadei. Deși Döbereiner, în mod natural, nu a reușit să despartă toate elementele cunoscute în triade, legea triadelor a indicat clar existența unei relații între masa atomică și proprietățile elementelor și compușilor acestora. Toate încercările ulterioare de sistematizare s-au bazat pe plasarea elementelor în conformitate cu masele lor atomice.
Ideile lui Döbereiner au fost dezvoltate de L. Gmelin, care a arătat că relația dintre proprietățile elementelor și masele lor atomice este mult mai complexă decât triadele. În 1843, Gmelin a publicat un tabel în care elementele similare din punct de vedere chimic erau aranjate în grupuri, în ordinea creșterii greutăților de legătură (echivalente). Elementele erau compuse din triade, precum și din tetrade și pentade (grupe de patru și cinci elemente), iar electronegativitatea elementelor din tabel s-a schimbat fără probleme de sus în jos.
În anii 1850 M. von Pettenkofer și J. Dumas au propus așa-numitul. sisteme diferențiale care urmăreau identificarea modelelor generale ale modificărilor greutății atomice a elementelor, care au fost dezvoltate în detaliu de chimiștii germani A. Strecker și G. Chermak.
La începutul anilor 60 ai secolului al XIX-lea. Au apărut deodată mai multe lucrări care au precedat imediat Legea periodică.
Spiral de Chancourtois
A. de Chancourtois a aranjat toate elementele chimice cunoscute la acel moment într-o singură secvență de mase atomice crescătoare și a aplicat seria rezultată pe suprafața cilindrului de-a lungul unei linii ce emana de la baza acestuia la un unghi de 45° față de planul cilindrului. baza (așa-numita spirală de pământ). La desfășurarea suprafeței cilindrului, s-a dovedit că pe linii verticale paralele cu axa cilindrului, existau elemente chimice cu proprietăți similare. Deci, litiu, sodiu, potasiu au căzut pe o singură verticală; beriliu, magneziu, calciu; oxigen, sulf, seleniu, telur etc. Dezavantajul spiralei de Chancourtois a fost faptul că elementele cu un comportament chimic complet diferit erau pe aceeași linie cu elemente care erau similare în natura lor chimică. Manganul a intrat în grupul de metale alcaline, iar titanul, care nu avea nimic în comun cu acestea, a intrat în grupul de oxigen și sulf.
masa Newlands
Omul de știință englez J. Newlands a publicat în 1864 un tabel cu elemente care reflectă propunerea sa legea octavelor. Newlands a arătat că într-o serie de elemente aranjate în ordinea creșterii greutăților atomice, proprietățile celui de-al optulea element sunt similare cu proprietățile primului. Newlands a încercat să dea acestei dependențe, care apare de fapt pentru elementele ușoare, un caracter universal. În tabelul său, elemente similare erau amplasate în rânduri orizontale, dar în același rând erau adesea elemente complet diferite în proprietăți. În plus, Newlands a fost nevoit să plaseze două elemente în unele celule; în sfârșit, masa nu conținea niciun loc liber; Drept urmare, legea octavelor a fost acceptată cu scepticism extrem.
Mesele Odling și Meyer
În același 1864, a apărut primul tabel al chimistului german L. Meyer; cuprindea 28 de elemente, dispuse în șase coloane în funcție de valențele lor. Meyer a limitat în mod deliberat numărul de elemente din tabel pentru a sublinia schimbarea regulată (similară cu triadele lui Döbereiner) a masei atomice în serii de elemente similare.
În 1870, Meyer a publicat o lucrare care conține un nou tabel intitulat „Natura elementelor ca funcție a greutății lor atomice”, constând din nouă coloane verticale. Elemente similare au fost amplasate în rândurile orizontale ale tabelului; Meyer a lăsat câteva celule goale. Tabelul a fost însoțit de un grafic al dependenței volumului atomic al unui element de greutatea atomică, care are o formă caracteristică de dinte de ferăstrău, ilustrând perfect termenul de „periodicitate”, propus deja la acea vreme de Mendeleev.
2. Ce s-a făcut înainte de ziua marii descoperiri
Condițiile prealabile pentru descoperirea legii periodice ar trebui căutate în cartea lui D.I. Mendeleev (denumit în continuare D.I.) „Fundamentals of Chemistry”. Primele capitole din partea a 2-a a acestei cărți de D.I. a scris la începutul anului 1869. Capitolul 1 a fost dedicat sodiului, al 2-lea - analogilor săi, al 3-lea - capacității de căldură, al 4-lea - metalelor alcalino-pământoase. Până în ziua în care legea periodică a fost descoperită (17 februarie 1869), probabil că deja a subliniat problema relației dintre elementele polare-opuse precum metalele alcaline și halogenurile, care erau apropiate unele de altele în ceea ce privește atomicitatea lor (valența). ), precum și întrebarea privind relația dintre metalele alcaline în sine în ceea ce privește greutățile lor atomice. De asemenea, s-a apropiat de problema reunirii și compararii a două grupuri de elemente polare-opuse în funcție de greutățile atomice ale membrilor lor, ceea ce însemna deja abandonarea principiului distribuirii elementelor în funcție de atomicitatea lor și trecerea la principiul lor. distribuție în funcție de greutățile atomice. Această tranziție nu a fost o pregătire pentru descoperirea legii periodice, ci începutul descoperirii în sine
Până la începutul anului 1869, o parte semnificativă a elementelor a fost combinată în grupuri și familii naturale separate, bazate pe proprietăți chimice comune; Odată cu aceasta, o altă parte a acestora au fost împrăștiate, izolate elemente individuale, care nu au fost unite în grupuri speciale. Următoarele au fost considerate ferm stabilite:
– un grup de metale alcaline – litiu, sodiu, potasiu, rubidiu și cesiu;
– un grup de metale alcalino-pământoase – calciu, stronțiu și bariu;
– grupa oxigenului – oxigen, sulf, seleniu și teluriu;
– grupa azotului – azot, fosfor, arsen și antimoniu. În plus, aici a fost adăugat adesea bismut, iar vanadiul a fost considerat un analog incomplet al azotului și arsenului;
– grupa de carbon – carbonul, siliciul și staniul, iar titanul și zirconiul au fost considerate analogi incompleti ai siliciului și staniului;
– un grup de halogeni (halogeni) – fluor, clor, brom și iod;
– grup de cupru – cupru și argint;
– grupa zincului – zinc și cadmiu
– familia fierului – fier, cobalt, nichel, mangan și crom;
– familia metalelor de platină – platină, osmiu, iridiu, paladiu, ruteniu și rodiu.
Situația a fost mai complicată cu elemente care puteau fi clasificate în diferite grupuri sau familii:
– plumb, mercur, magneziu, aur, bor, hidrogen, aluminiu, taliu, molibden, wolfram.
În plus, au fost cunoscute o serie de elemente ale căror proprietăți nu au fost încă studiate suficient:
– familia elementelor pământurilor rare – ytriu, erbiu, ceriu, lantan și didimiu;
– niobiu și tantal;
– beriliu;
3. Ziua marii descoperiri
DI. a fost un om de știință foarte versatil. Era mult timp foarte interesat de problemele agricole. A participat îndeaproape la activitățile Societății Economice Libere din Sankt Petersburg (VEO), din care a fost membru. VEO a organizat producția de brânzeturi artel într-un număr de provincii din nord. Unul dintre inițiatorii acestei inițiative a fost N.V. Vereșchagin. La sfârşitul anului 1868, adică. în timp ce D.I. a terminat problema. 2 din cartea sa, Vereshchagin a apelat la VEO cu o cerere de a trimite unul dintre membrii Societății pentru a inspecta activitatea fabricilor de brânzeturi artel la fața locului. Consimțământul pentru acest tip de călătorie a fost exprimat de D.I. În decembrie 1868, a examinat o serie de fabrici de brânză artel din provincia Tver. A fost nevoie de o călătorie suplimentară de afaceri pentru a finaliza examenul. Plecarea era programată tocmai pentru 17 februarie 1869.
Descoperirea tabelului periodic al elementelor chimice de către Dmitri Mendeleev în martie 1869 a fost o adevărată descoperire în chimie. Omul de știință rus a reușit să sistematizeze cunoștințele despre elementele chimice și să le prezinte sub forma unui tabel, pe care școlarii sunt încă obligați să-l studieze la lecțiile de chimie. Tabelul periodic a devenit fundamentul dezvoltării rapide a acestei științe complexe și interesante, iar istoria descoperirii sale este învăluită în legende și mituri. Pentru toți cei interesați de știință, va fi interesant să cunoască adevărul despre modul în care Mendeleev a descoperit tabelul elementelor periodice.
Istoria tabelului periodic: cum a început totul
Încercările de clasificare și sistematizare a elementelor chimice cunoscute au fost făcute cu mult înainte de Dmitri Mendeleev. Oameni de știință celebri precum Döbereiner, Newlands, Meyer și alții și-au propus sistemele lor de elemente. Cu toate acestea, din cauza lipsei de date privind elementele chimice și masele lor atomice corecte, sistemele propuse nu au fost pe deplin de încredere.
Istoria descoperirii tabelului periodic începe în 1869, când un om de știință rus la o reuniune a Societății Ruse de Chimie le-a spus colegilor săi despre descoperirea sa. În tabelul propus de om de știință, elementele chimice au fost aranjate în funcție de proprietățile lor, asigurate de mărimea greutății lor moleculare.
O caracteristică interesantă a tabelului periodic a fost și prezența celulelor goale, care în viitor au fost umplute cu elemente chimice deschise prezise de om de știință (germaniu, galiu, scandiu). De la descoperirea tabelului periodic, adăugările și modificările i-au fost făcute de multe ori. Împreună cu chimistul scoțian William Ramsay, Mendeleev a adăugat un grup de gaze inerte (grupa zero) la tabel.
Ulterior, istoria tabelului periodic al lui Mendeleev a fost direct legată de descoperirile dintr-o altă știință - fizica. Lucrările la tabelul elementelor periodice continuă până în zilele noastre, iar oamenii de știință moderni adaugă noi elemente chimice pe măsură ce sunt descoperite. Importanța sistemului periodic al lui Dmitri Mendeleev este greu de supraestimat, deoarece datorită acestuia:
- S-au sistematizat cunoștințele despre proprietățile elementelor chimice deja descoperite;
- A devenit posibil să se prezică descoperirea de noi elemente chimice;
- Au început să se dezvolte ramuri ale fizicii precum fizica atomică și fizica nucleară;
Există multe opțiuni pentru reprezentarea elementelor chimice conform legii periodice, dar cea mai faimoasă și comună opțiune este tabelul periodic familiar tuturor.
Mituri și fapte despre crearea tabelului periodic
Cea mai comună concepție greșită din istoria descoperirii tabelului periodic este că omul de știință a văzut-o într-un vis. De fapt, Dmitri Mendeleev însuși a respins acest mit și a declarat că se gândește la legea periodică de mulți ani. Pentru a sistematiza elementele chimice, le-a scris pe fiecare pe un card separat și le-a combinat în mod repetat între ele, aranjandu-le în rânduri în funcție de proprietățile lor similare.
Mitul despre visul „profetic” al omului de știință poate fi explicat prin faptul că Mendeleev a lucrat zile la rând la sistematizarea elementelor chimice, întrerupte de somn scurt. Cu toate acestea, numai munca grea și talentul natural al omului de știință au dat rezultatul mult așteptat și i-au oferit lui Dmitry Mendeleev faimă în întreaga lume.
Mulți elevi de la școală, și uneori de la universitate, sunt forțați să memoreze sau cel puțin să navigheze aproximativ în tabelul periodic. Pentru a face acest lucru, o persoană trebuie nu numai să aibă o memorie bună, ci și să gândească logic, legând elemente în grupuri și clase separate. Studierea tabelului este cea mai ușoară pentru acei oameni care își mențin constant creierul în formă bună, urmând un antrenament pe BrainApps.
Stabilirea teoriei atomo-moleculare la începutul secolelor XIX - XIX a fost însoțită de o creștere rapidă a numărului de elemente chimice cunoscute. Numai în primul deceniu al secolului al XIX-lea au fost descoperite 14 elemente noi. Deținătorul recordului printre descoperitori a fost chimistul englez Humphry Davy, care într-un an folosind electroliza a obținut 6 noi substanțe simple (sodiu, potasiu, magneziu, calciu, bariu, stronțiu). Și până în 1830, numărul elementelor cunoscute a ajuns la 55.
Existența unui astfel de număr de elemente, eterogene în proprietățile lor, i-a nedumerit pe chimiști și a impus ordonarea și sistematizarea elementelor. Mulți oameni de știință au căutat modele în lista de elemente și au realizat unele progrese. Putem evidenția trei dintre cele mai semnificative lucrări care au contestat prioritatea descoperirii legii periodice de către D.I. Mendeleev.
Mendeleev a formulat legea periodică sub forma următoarelor principii de bază:
- 1. Elementele dispuse în funcție de greutatea atomică reprezintă o periodicitate clară a proprietăților.
- 2. Ar trebui să ne așteptăm la descoperirea multor corpuri simple necunoscute, de exemplu, elemente similare cu Al și Si cu o greutate atomică de 65 - 75.
- 3. Greutatea atomică a unui element poate fi uneori corectată cunoscându-i analogiile.
Unele analogii sunt relevate de dimensiunea greutății atomului lor. Prima poziție era cunoscută chiar înainte de Mendeleev, dar el a fost cel care i-a dat caracterul unei legi universale, prezicând pe baza ei existența unor elemente încă nedescoperite, modificând greutățile atomice ale unui număr de elemente și dispunând unele elemente în tabel contrar greutăților lor atomice, dar în deplină concordanță cu proprietățile lor (în principal prin valență). Restul prevederilor au fost descoperite doar de Mendeleev și sunt consecințe logice ale legii periodice. Corectitudinea acestor consecințe a fost confirmată de numeroase experimente în următoarele două decenii și a făcut posibil să se vorbească despre legea periodică ca fiind o lege strictă a naturii.
Folosind aceste prevederi, Mendeleev a compilat propria sa versiune a tabelului periodic al elementelor. Prima schiță a tabelului elementelor a apărut la 17 februarie (1 martie, stil nou) 1869.
Și pe 6 martie 1869, profesorul Menșutkin a făcut un anunț oficial despre descoperirea lui Mendeleev la o reuniune a Societății Ruse de Chimie.
Următoarea mărturisire a fost pusă în gura omului de știință: Văd în vis o masă în care toate elementele sunt aranjate după cum este necesar. M-am trezit și am notat-o imediat pe o foaie de hârtie - doar într-un singur loc s-a dovedit a fi necesară o corecție mai târziu.” Ce simplu este totul în legende! A fost nevoie de mai mult de 30 de ani din viața omului de știință pentru a o dezvolta și corecta.
Procesul de descoperire a legii periodice este instructiv și Mendeleev însuși a vorbit despre asta în felul acesta: „A apărut involuntar ideea că trebuie să existe o legătură între masă și proprietățile chimice.
Și întrucât masa unei substanțe, deși nu absolută, ci doar relativă, este în cele din urmă exprimată sub formă de greutăți atomice, este necesar să se caute o corespondență funcțională între proprietățile individuale ale elementelor și greutățile lor atomice. Nu poți căuta nimic, nici măcar ciuperci sau un fel de dependență, decât căutând și încercând.
Așa că am început să selectez, scriind pe carduri separate elemente cu greutățile atomice și proprietățile lor fundamentale, elemente similare și greutăți atomice similare, ceea ce a condus rapid la concluzia că proprietățile elementelor sunt periodic dependente de greutatea lor atomică și, îndoindu-mă de multe ambiguități , nu m-am îndoit nici măcar un minut de generalitatea concluziei trase, întrucât este imposibil să se permită accidente.”
În primul tabel periodic, toate elementele până la și inclusiv calciul sunt aceleași ca în tabelul modern, cu excepția gazelor nobile. Acest lucru se vede dintr-un fragment dintr-o pagină dintr-un articol al lui D.I. Mendeleev, care conține tabelul periodic al elementelor.
Pe baza principiului creșterii greutăților atomice, următoarele elemente după calciu ar fi trebuit să fie vanadiul, cromul și titanul. Dar Mendeleev a pus un semn de întrebare după calciu și apoi a plasat titanul, schimbându-i greutatea atomică de la 52 la 50.
Elementului necunoscut, indicat printr-un semn de întrebare, i s-a atribuit o greutate atomică A = 45, care este media aritmetică dintre greutățile atomice ale calciului și titanului. Apoi, între zinc și arsenic, Mendeleev a lăsat loc pentru două elemente care nu fuseseră încă descoperite. În plus, a pus telurul în fața iodului, deși acesta din urmă are o greutate atomică mai mică. Cu această aranjare a elementelor, toate rândurile orizontale din tabel conțineau doar elemente similare, iar periodicitatea modificărilor proprietăților elementelor era evidentă. În următorii doi ani, Mendeleev a îmbunătățit semnificativ sistemul de elemente. În 1871, a fost publicată prima ediție a manualului lui Dmitri Ivanovici „Fundamentals of Chemistry”, care a prezentat sistemul periodic într-o formă aproape modernă.
În tabel s-au format 8 grupuri de elemente, numerele de grup indică cea mai mare valență a elementelor acelor serii care sunt incluse în aceste grupe, iar perioadele se apropie de cele moderne, împărțite în 12 serii. Acum, fiecare perioadă începe cu un metal alcalin activ și se termină cu un halogen tipic nemetal. A doua versiune a sistemului i-a permis lui Mendeleev să prezică existența a nu a 4, ci a 12 elemente și, provocând lumea științifică, cu uimitoare. acuratețea a descris proprietățile a trei elemente necunoscute, pe care le-a numit ekabor (eka în sanscrită înseamnă „unul și același”), eka-aluminiu și eka-siliciu. (Gaul este numele antic roman pentru Franța). Omul de știință a reușit să izoleze acest element în forma sa pură și să-i studieze proprietățile. Și Mendeleev a văzut că proprietățile galiului coincid cu proprietățile eka-aluminiului, pe care le-a prezis, și i-a spus lui Lecoq de Boisbaudran că a măsurat incorect densitatea galiului, care ar trebui să fie egală cu 5,9-6,0 g/cm3 în loc de 4,7 g. /cm3. Într-adevăr, măsurători mai atente au condus la valoarea corectă de 5,904 g/cm3. Recunoașterea definitivă a legii periodice a D.I. Mendeleev a fost realizat după 1886, când chimistul german K. Winkler, analizând minereul de argint, a obținut un element pe care l-a numit germaniu. Se dovedește a fi ecasilicon.
Legea periodică și sistemul periodic de elemente.
Legea periodică este una dintre cele mai importante legi ale chimiei. Mendeleev credea că principala caracteristică a unui element este masa sa atomică. Prin urmare, el a aranjat toate elementele într-un rând în ordinea creșterii masei atomice.
Dacă luăm în considerare un număr de elemente de la Li la F, putem observa că proprietățile metalice ale elementelor sunt slăbite, iar proprietățile nemetalice sunt îmbunătățite. Proprietățile elementelor din seria de la Na la Cl se schimbă în mod similar. Următorul semn K, ca și Li și Na, este un metal tipic.
Cea mai mare valență a elementelor crește de la I y Li la V y N (oxigenul și fluorul au valență constantă, II și respectiv I) și de la I y Na la VII y Cl. Următorul element K, ca și Li și Na, are o valență de I. În seria de oxizi de la Li2O la N2O5 și hidroxizi de la LiOH la HNO3, proprietățile de bază sunt slăbite, iar proprietățile acide sunt îmbunătățite. Proprietățile oxizilor se modifică în mod similar în seria de la Na2O și NaOH la Cl2O7 și HClO4. Oxidul de potasiu K2O, ca și oxizii de litiu și sodiu Li2O și Na2O, este un oxid bazic, iar hidroxidul de potasiu KOH, ca hidroxidul de litiu și sodiu LiOH și NaOH, este o bază tipică.
Formele și proprietățile nemetalelor se schimbă în mod similar de la CH4 la HF și de la SiH4 la HCl.
Acest caracter al proprietăților elementelor și compușilor acestora, care se observă cu o creștere a masei atomice a elementelor, se numește schimbare periodică. Proprietățile tuturor elementelor chimice se modifică periodic odată cu creșterea masei atomice.
Această modificare periodică se numește dependența periodică a proprietăților elementelor și compușilor lor de masa atomică.
Prin urmare, D.I. Mendeleev a formulat legea pe care a descoperit-o astfel:
· Proprietățile elementelor, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt periodic dependente de masa atomică a elementelor.
Mendeleev a aranjat perioadele elementelor una sub cealaltă și, ca urmare, a alcătuit tabelul periodic al elementelor.
El a spus că tabelul elementelor a fost rodul nu numai al propriei sale lucrări, ci și al eforturilor multor chimiști, printre care i-a remarcat în special pe „întăritorii legii periodice” care au descoperit elementele pe care le-a prezis.
Crearea unei mese moderne a necesitat mulți ani de muncă grea din partea a mii și mii de chimiști și fizicieni. Dacă Mendeleev ar fi în viață astăzi, el, privind tabelul modern al elementelor, ar putea bine să repete cuvintele chimistului englez J. W. Mellor, autor al clasicei enciclopedii în 16 volume despre chimia anorganică și teoretică. După ce și-a terminat munca în 1937, după 15 ani de muncă, a scris cu recunoștință pe pagina de titlu: „Dedicat soldaților unei armate uriașe de chimiști. Numele lor sunt uitate, lucrările lor rămân...
Sistemul periodic este o clasificare a elementelor chimice care stabilește dependența diferitelor proprietăți ale elementelor de sarcina nucleului atomic. Sistemul este o expresie grafică a legii periodice. Din octombrie 2009, sunt cunoscute 117 elemente chimice (cu numere de serie de la 1 la 116 și 118), dintre care 94 se găsesc în natură (unele doar în urme). Restul23 au fost obținute artificial ca urmare a reacțiilor nucleare - acesta este procesul de transformare a nucleelor atomice care are loc în timpul interacțiunii lor cu particulele elementare, razele gamma și între ele, ducând de obicei la eliberarea de cantități colosale de energie. Primele 112 elemente au nume permanente, restul au denumiri temporare.
Descoperirea elementului 112 (cel mai greu dintre cele oficiale) este recunoscută de Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată.
Cel mai stabil izotop cunoscut al acestui element are un timp de înjumătățire de 34 de secunde. La începutul lunii iunie 2009, poartă numele neoficial de ununbium, a fost sintetizat pentru prima dată în februarie 1996 la acceleratorul de ioni grei de la Institutul de ioni grei din Darmstadt. Descoperitorii au la dispoziție șase luni pentru a propune un nou nume oficial pe care să îl adauge pe tabel (au propus deja Wickhausius, Helmholtzius, Venusius, Frischius, Strassmannius și Heisenbergius). În prezent, sunt cunoscute elemente transuranice cu numerele 113-116 și 118, obținute la Institutul Comun de Cercetări Nucleare din Dubna, dar nu au fost încă recunoscute oficial. Mai frecvente decât altele sunt 3 forme ale tabelului periodic: „scurt” (perioada scurtă), „lung” (perioada lungă) și „extra-lung”. În versiunea „super-lungă”, fiecare perioadă ocupă exact o linie. În versiunea „lungă”, lantanidele (o familie de 14 elemente chimice cu numere de serie 58-71, situate în perioada VI a sistemului) și actinide (o familie de elemente chimice radioactive constând din actiniu și 14 similare cu acesta în proprietățile lor chimice) sunt eliminate din tabelul general, făcându-l mai compact. În forma „scurtă” de înregistrare, pe lângă aceasta, perioada a patra și următoarele ocupă câte 2 rânduri; Simbolurile elementelor subgrupurilor principale și secundare sunt aliniate în raport cu diferitele margini ale celulelor. Forma scurtă a tabelului, care conține opt grupuri de elemente, a fost abandonată oficial de IUPAC în 1989. În ciuda recomandării de a folosi forma lungă, forma scurtă a continuat să fie dată într-un număr mare de cărți de referință și manuale rusești după această perioadă. Din literatura străină modernă, forma scurtă este complet exclusă, iar în schimb se folosește forma lungă. Unii cercetători asociază această situație, printre altele, cu aparenta compactitate rațională a formei scurte a tabelului, precum și cu gândirea stereotipă și nepercepția informațiilor moderne (internaționale).
În 1969, Theodore Seaborg a propus un tabel periodic extins al elementelor. Niels Bohr a dezvoltat forma de scară (piramidală) a tabelului periodic.
Există multe alte modalități, rar sau deloc folosite, dar foarte originale, de a afișa grafic Legea Periodică. Astăzi, există câteva sute de versiuni ale tabelului, iar oamenii de știință oferă în mod constant noi opțiuni.
Dreptul periodic și rațiunea ei.
Legea periodică a făcut posibilă sistematizarea și generalizarea unei cantități uriașe de informații științifice în chimie. Această funcție a legii este de obicei numită integrativă. Se manifestă mai ales clar în structurarea materialului științific și educațional în chimie.
Academicianul A.E. Fersman a spus că sistemul a unit toată chimia într-o singură conexiune spațială, cronologică, genetică și energetică.
Rolul integrator al Legii periodice s-a manifestat și prin faptul că unele date despre elemente care ar fi intrat în afara legilor generale au fost verificate și clarificate atât de autor însuși, cât și de adepții săi.
Acest lucru s-a întâmplat cu caracteristicile beriliului. Înainte de lucrarea lui Mendeleev, era considerat un analog trivalent al aluminiului datorită așa-numitei lor similitudini diagonale. Astfel, în a doua perioadă au existat două elemente trivalente și nu unul divalent. În acest stadiu, Mendeleev a bănuit o eroare în cercetarea proprietăților beriliului, a găsit lucrarea chimistului rus Avdeev, care a susținut că beriliul este divalent și are o greutate atomică de 9. Lucrările lui Avdeev au rămas neobservate de lumea științifică; , autorul a murit devreme, aparent fiind otrăvit de compuși extrem de toxici ai beriliului. Rezultatele cercetării lui Avdeev au fost stabilite în știință datorită Legii periodice.
Astfel de modificări și perfecționări ale valorilor atât ale greutăților atomice, cât și ale valențelor au fost făcute de Mendeleev pentru încă nouă elemente (In, V, Th, U, La, Ce și alte trei lantanide).
Pentru încă zece elemente, doar greutățile atomice au fost corectate. Și toate aceste clarificări au fost ulterior confirmate experimental.
Funcția prognostică (predictivă) a Legii periodice a primit cea mai izbitoare confirmare în descoperirea elementelor necunoscute cu numerele de serie 21, 31 și 32.
Existența lor a fost prezisă mai întâi intuitiv, dar odată cu formarea sistemului, Mendeleev a putut să le calculeze proprietățile cu un grad ridicat de acuratețe. Povestea binecunoscută a descoperirii scandiului, galiului și germaniului a fost triumful descoperirii lui Mendeleev. Și-a făcut toate predicțiile pe baza legii universale a naturii pe care el însuși a descoperit-o.
În total, Mendeleev a prezis douăsprezece elemente De la bun început, Mendeleev a subliniat că legea descrie nu numai proprietățile elementelor chimice în sine, ci și ale multor compuși ai acestora. Pentru a confirma acest lucru, este suficient să dam următorul exemplu. Din 1929, când academicianul P. L. Kapitsa a descoperit pentru prima dată conductivitatea nemetalică a germaniului, dezvoltarea studiului semiconductorilor a început în toate țările lumii.
A devenit imediat clar că elementele cu astfel de proprietăți ocupă subgrupul principal al grupului IV.
De-a lungul timpului, s-a înțeles că proprietățile semiconductoarelor ar trebui, într-o măsură mai mare sau mai mică, să fie posedate de compuși ai elementelor situate în perioade la fel de îndepărtate de acest grup (de exemplu, cu o formulă generală de tip AzB).
Acest lucru a făcut imediat căutarea de noi semiconductori, practic importanți, direcționată și previzibilă. Aproape toate electronicele moderne se bazează pe astfel de conexiuni.
Este important de menționat că predicțiile în cadrul Tabelului Periodic au fost făcute chiar și după acceptarea sa generală. În 1913
Moseley a descoperit că lungimea de undă a razelor X, care sunt primite de la anticatozi formați din diferite elemente, se modifică în mod natural în funcție de numărul atomic atribuit în mod convențional elementelor din Tabelul Periodic. Experimentul a confirmat că numărul de serie al unui element are o semnificație fizică directă.
Abia mai târziu numerele de serie au fost legate de valoarea sarcinii pozitive a nucleului. Dar legea lui Moseley a făcut posibilă confirmarea imediată experimentală a numărului de elemente în perioade și, în același timp, prezicerea locurilor de hafniu (nr. 72) și reniu (nr. 75) care nu fuseseră încă descoperite până la acel moment.
Multă vreme a existat o dezbatere: alocarea gazelor inerte într-un grup zero independent de elemente sau a le considera subgrupul principal al grupului VIII.
Pe baza poziției elementelor în Tabelul Periodic, chimiștii teoreticieni conduși de Linus Pauling s-au îndoit de multă vreme de pasivitatea chimică completă a gazelor nobile, indicând direct posibila stabilitate a fluorurilor și oxizilor acestora.
Dar abia în 1962, chimistul american Neil Bartlett a fost primul care a realizat reacția hexafluorurei de platină cu oxigenul în cele mai obișnuite condiții, obținând hexafluoroplatinat de xenon XePtF^, urmat de alți compuși gazoși care acum sunt numiți mai corect nobili decât inerți. .
În iarna anilor 1867-68, Mendeleev a început să scrie manualul „Fundamentele chimiei” și a întâmpinat imediat dificultăți în sistematizarea materialului factual. Până la mijlocul lunii februarie 1869, gândindu-se la structura manualului, el a ajuns treptat la concluzia că proprietățile substanțelor simple (și aceasta este forma de existență a elementelor chimice în stare liberă) și masele atomice ale elementelor sunt legate prin un anumit tipar.
Mendeleev nu știa prea multe despre încercările predecesorilor săi de a aranja elementele chimice în ordinea creșterii maselor atomice și despre incidentele apărute în acest caz. De exemplu, aproape că nu avea informații despre munca lui Chancourtois, Newlands și Meyer.
Etapa decisivă a gândurilor sale a venit la 1 martie 1869 (14 februarie, stil vechi). Cu o zi mai devreme, Mendeleev a scris o cerere de concediu pentru zece zile pentru a examina fabricile de brânzeturi artel din provincia Tver: a primit o scrisoare cu recomandări pentru studiul producției de brânzeturi de la A.I. Khodnev, unul dintre liderii Societății Economice Libere.
La Sankt Petersburg în ziua aceea era înnorat și geros. Copacii din grădina universității, unde dădeau ferestrele apartamentului lui Mendeleev, scârțâiau în vânt. În timp ce era încă în pat, Dmitri Ivanovici a băut o cană cu lapte cald, apoi s-a ridicat, s-a spălat pe față și a mers la micul dejun. Era într-o dispoziție minunată.
La micul dejun, Mendeleev a avut o idee neașteptată: să compare masele atomice similare ale diferitelor elemente chimice și proprietățile lor chimice.
Fără să se gândească de două ori, pe spatele scrisorii lui Hodnev a notat simbolurile pentru clor Cl și potasiu K cu mase atomice destul de apropiate, egale cu 35,5 și, respectiv, 39 (diferența este de doar 3,5 unități). Pe aceeași scrisoare, Mendeleev a schițat simboluri ale altor elemente, căutând între ele perechi „paradoxale” similare: fluor F și sodiu Na, brom Br și rubidiu Rb, iod I și cesiu Cs, pentru care diferența de masă crește de la 4,0 la 5,0. , și apoi până la 6.0. Mendeleev nu ar fi putut ști atunci că „zona nedefinită” dintre nemetale evidente și metale conținea elemente - gaze nobile, a căror descoperire ar modifica ulterior în mod semnificativ Tabelul Periodic.
După micul dejun, Mendeleev s-a închis în biroul său. A scos de pe birou un teanc de cărți de vizită și a început să scrie pe spatele lor simbolurile elementelor și principalele lor proprietăți chimice.
După ceva timp, gospodăria a auzit sunetul venind de la birou: „Oooh, ce corn, îi voi învinge! Aceste exclamații au însemnat că Dmitri Ivanovici a avut inspirație creativă.
Mendeleev a mutat cărți de la un rând orizontal la altul, ghidându-se de valorile masei atomice și de proprietățile substanțelor simple formate din atomi ai aceluiași element. Încă o dată, o cunoaștere aprofundată a chimiei anorganice i-a venit în ajutor. Treptat, forma viitorului Tabel periodic al elementelor chimice a început să apară.
Deci, la început a pus un card cu elementul beriliu Be (masa atomică 14) lângă un card cu elementul aluminiu Al (masa atomică 27,4), conform tradiției de atunci, confundând beriliul cu un analog al aluminiului. Totuși, apoi, după ce a comparat proprietățile chimice, a plasat beriliu peste magneziu Mg. Îndoindu-se de valoarea general acceptată de atunci a masei atomice a beriliului, el a schimbat-o la 9,4 și a schimbat formula oxidului de beriliu de la Be2O3 la BeO (cum ar fi oxidul de magneziu MgO). Apropo, valoarea „corectată” a masei atomice a beriliului a fost confirmată doar zece ani mai târziu. S-a comportat la fel de îndrăzneț și în alte ocazii.
Treptat, Dmitri Ivanovici a ajuns la concluzia finală că elementele dispuse în ordinea crescătoare a maselor lor atomice prezintă o periodicitate clară a proprietăților fizice și chimice.
Pe tot parcursul zilei, Mendeleev a lucrat la sistemul de elemente, întrerupându-se pentru scurt timp pentru a se juca cu fiica sa Olga și a lua prânzul și cina.
În seara zilei de 1 martie 1869, a rescris complet tabelul pe care îl întocmise și, sub titlul „Experiența unui sistem de elemente bazat pe greutatea lor atomică și asemănarea chimică”, l-a trimis tipografiei, făcând notițe pentru tipografi. și punând data „17 februarie 1869” (stil vechi).
Așa a fost descoperită Legea periodică, a cărei formulare modernă este următoarea: „Proprietățile substanțelor simple, precum și formele și proprietățile compușilor elementelor, sunt periodic dependente de sarcina nucleelor atomilor lor. ”
Mendeleev avea doar 35 de ani la acea vreme.
Mendeleev a trimis coli tipărite cu tabelul elementelor la mulți chimiști interni și străini și abia după aceea a plecat din Sankt Petersburg pentru a inspecta fabricile de brânzeturi.
Înainte de a pleca, a reușit să predea lui N.A. Menshutkin, chimist organic și viitor istoric al chimiei, manuscrisul articolului „Relația proprietăților cu greutatea atomică a elementelor” - pentru publicare în Jurnalul Societății Ruse de Chimie și pentru comunicare la următoarea întâlnire a societății.
La 18 martie 1869, Menshutkin, care era funcționarul companiei la acea vreme, a făcut un scurt raport despre Legea periodică în numele lui Mendeleev. Raportul la început nu a atras prea multă atenție din partea chimiștilor, iar președintele Societății Ruse de Chimie, academicianul Nikolai Zinin (1812-1880) a declarat că Mendeleev nu făcea ceea ce ar trebui să facă un adevărat cercetător. Adevărat, doi ani mai târziu, după ce a citit articolul lui Dmitri Ivanovici „Sistemul natural al elementelor și aplicarea lui la indicarea proprietăților unor elemente”, Zinin s-a răzgândit și i-a scris lui Mendeleev: „Foarte, foarte bune, conexiuni foarte excelente, chiar distractive. să citești, Dumnezeu să-ți dea noroc în confirmarea experimentală a concluziilor tale, N. Zinin, sincer devotat și profund respectuos.”
După descoperirea Legii Periodice, Mendeleev a avut multe de făcut. Motivul schimbării periodice a proprietăților elementelor a rămas necunoscut, iar structura Sistemului Periodic în sine, unde proprietățile au fost repetate prin șapte elemente la al optulea, nu a putut fi explicată. Cu toate acestea, primul văl de mister a fost îndepărtat din aceste numere: în a doua și a treia perioadă a sistemului au existat atunci doar șapte elemente.
Mendeleev nu a așezat toate elementele în ordinea creșterii maselor atomice; în unele cazuri s-a ghidat mai mult de asemănarea proprietăților chimice. Astfel, masa atomică a cobaltului Co este mai mare decât cea a nichelului Ni, iar telurul Te este, de asemenea, mai mare decât cea a iodului I, dar Mendeleev le-a plasat în ordinea Co - Ni, Te - I, și nu invers. În caz contrar, telurul ar cădea în grupul halogen, iar iodul ar deveni o rudă cu seleniul Se.
Cel mai important lucru în descoperirea Legii Periodice este predicția existenței elementelor chimice care nu au fost încă descoperite. Sub aluminiu Al, Mendeleev a lăsat un loc pentru analogul său „eka-aluminiu”, sub bor B - pentru „eca-bor”, și sub siliciu Si - pentru „eca-siliciu”. Acesta este ceea ce Mendeleev a numit elementele chimice încă nedescoperite. Le-a dat chiar și simbolurile El, Eb și Es.
În ceea ce privește elementul „exasiliciu”, Mendeleev a scris: „Mi se pare că cel mai interesant dintre metalele lipsă, fără îndoială, va fi cel care aparține grupului IV de analogi ai carbonului, și anume rândul III Acesta va fi metalul imediat după siliciu și, prin urmare, îi vom numi ekasiliciu". Într-adevăr, acest element încă nedescoperit trebuia să devină un fel de „lacăt” care conectează două nemetale tipice - carbon C și siliciu Si - cu două metale tipice - staniu Sn și plumb Pb.
Nu toți chimiștii străini au apreciat imediat semnificația descoperirii lui Mendeleev. S-a schimbat mult în lumea ideilor consacrate. Astfel, chimistul fizician german Wilhelm Ostwald, viitor laureat al Premiului Nobel, a susținut că nu a fost o lege care a fost descoperită, ci un principiu de clasificare a „ceva incert”. Chimistul german Robert Bunsen, care a descoperit două noi elemente alcaline, rubidiu Rb și cesiu Cs, în 1861, a scris că Mendeleev i-a adus pe chimiști „în lumea exagerată a abstracțiunilor pure”.
Profesorul de la Universitatea din Leipzig Hermann Kolbe a numit descoperirea lui Mendeleev „speculative” în 1870. Kolbe s-a remarcat prin grosolănia și respingerea noilor concepții teoretice în chimie. În special, el a fost un oponent al teoriei structurii compușilor organici și la un moment dat a atacat brusc articolul lui Jacob van't Hoff „Chimie în spațiu”. Van't Hoff a devenit mai târziu primul laureat al Premiului Nobel pentru cercetările sale. Dar Kolbe a propus ca cercetători precum Van't Hoff „să excludă din rânduri pe oamenii de știință adevărați și să-i înscrie în tabăra spiritiștilor”!
În fiecare an Legea Periodică a câștigat din ce în ce mai mulți susținători, iar descoperitorul ei a câștigat din ce în ce mai multă recunoaștere. În laboratorul lui Mendeleev au început să apară vizitatori de rang înalt, inclusiv chiar Marele Duce Konstantin Nikolaevici, directorul departamentului naval.