Периодический закон сформулирован Д. И. Менделеевым в \(1869\) году. К этому времени было известно \(63\) химических элемента. В качестве основного свойства элементов Менделеев выбрал относительную атомную массу . Учитывал также состав, физические и химические свойства образованных элементом простых и сложных веществ.

Расположив все известные химические элементы в порядке возрастания атомных масс, Менделеев обнаружил, что свойства повторяются через определённое число элементов.

Повторим действия Менделеева с учётом того факта, что благородные газы в его время ещё не были известны. Расположим элементы по возрастанию атомной массы (вторая строчка таблицы), укажем металлические и неметаллические свойства, формулы и свойства высших оксидов и гидроксидов, а также формулы газообразных водородных соединений.

Если внимательно проанализировать полученные последовательности, то можно увидеть повторяемость металлических и неметаллических свойств, состава и свойств соединений. Через семь элементов от щелочного металла лития в ряду располагается щелочной металл натрий, а через семь элементов от галогена фтора - галоген хлор. Через семь элементов появляются одинаковые формулы оксидов и водородных соединений, так как повторяются значения валентностей в соединениях с кислородом и водородом. Можем составить их общие формулы.

Формулы высших оксидов: R 2 O , RO , R 2 O 3 , R O 2 , R 2 O 5 , R O 3 , R 2 O 7 .

Летучие водородные соединения (для неметаллов): R H 4 , R H 3 , R H 2 , RH .

Таким образом Менделеев установил периодичность изменения свойств с возрастанием атомной массы. В статье «Периодическая закономерность химических элементов» Д. И. Менделеев дал следующую формулировку периодического закона:

В переводе на современный научный язык это звучит так:

«Свойства простых веществ, а также состав и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от относительных атомных масс».

Все элементы Менделеев разделил на периоды.

Период - ряд элементов, расположенных в порядке возрастания относительной атомной массы, начинающийся щелочным металлом и заканчивающийся галогеном и инертным газом.

В периоде:

• постепенно ослабляются металлические свойства простых веществ и усиливаются неметаллические;
• высшая валентность элементов по кислороду возрастает от I (у щелочных металлов) до VII (у галогенов);
• валентность элементов неметаллов в летучих водородных соединениях уменьшается от IV до I (у галогенов);
• свойства высших оксидов и гидроксидов постепенно изменяются от основных через амфотерные до кислотных.

Периодический закон получил дальнейшее развитие после изучения физиками строения атома. Оказалось, что главной характеристикой химического элемента является не относительная атомная масса, а заряд ядра атома. Современная формулировка периодического закона несколько изменена:

«Свойства химических элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов атомных ядер».

Реферат

«История открытия и подтверждения периодического закона Д.И. Менделеева»

Санкт-Петербург 2007

Введение

Периодический закон Д.И. Менделеева – это фундаментальный закон, устанавливающий периодическое изменение свойств химических элементов в зависимости от увеличения зарядов ядер их атомов. Открыт Д.И. Менделеевым в феврале 1869 г. При сопоставлении свойств всех известных в то время элементов и величин их атомных масс (весов). Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в ноябре 1870, а в октябре 1871 дал окончательную формулировку Периодического закона: «…свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса». Графическим (табличным) выражением периодического закона является разработанная Менделеевым периодическая система элементов.

1. Попытки других ученых вывести периодический закон

Периодическая система, или периодическая классификация, элементов имела огромное значение для развития неорганической химии во второй половине XIX в. Это значение в настоящее время колоссально, потому что сама система в результате изучения проблем строения вещества постепенно приобрела ту степень рациональности, которой невозможно было достичь, зная только атомные веса. Переход от эмпирической закономерности к закону составляет конечную цель всякой научной теории.

Поиски основы естественной классификации химических элементов и их систематизации начались задолго до открытия Периодического закона. Трудности, с которыми сталкивались естествоиспытатели, которые первыми работали в этой области, были вызваны недостаточностью экспериментальных данных: в начале XIX в. число известных химических элементов было ещё слишком невелико, а принятые значения атомных масс многих элементов неточны.

Не считая попыток Лавуазье и его школы дать классификацию элементов на основе критерия аналогии в химическом поведении, первая попытка периодической классификации элементов принадлежит Дёберейнеру.

Триады Дёберейнера и первые системы элементов

В 1829 г. немецкий химик И. Дёберейнер предпринял попытку систематизации элементов. Он заметил, что некоторые сходные по своим свойствам элементы можно объединить по три в группы, которые он назвал триадами: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.

Сущность предложенного закона триад Дёберейнера состояла в том, что атомная масса среднего элемента триады была близка к полусумме (среднему арифметическому) атомных масс двух крайних элементов триады. Хотя разбить все известные элементы на триады Дёберейнеру, естественно, не удалось, закон триад явно указывал на наличие взаимосвязи между атомной массой и свойствами элементов и их соединений. Все дальнейшие попытки систематизации основывались на размещении элементов в соответствии с их атомными массами.

Идеи Дёберейнера были развиты Л. Гмелиным, который показал, что взаимосвязь между свойствами элементов и их атомными массами значительно сложнее, нежели триады. В 1843 г. Гмелин опубликовал таблицу, в которой химически сходные элементы были расставлены по группам в порядке возрастания соединительных (эквивалентных) весов. Элементы составляли триады, а также тетрады и пентады (группы из четырёх и пяти элементов), причём электроотрицательность элементов в таблице плавно изменялись сверху вниз.

В 1850-х гг. М. фон Петтенкофер и Ж. Дюма предложили т.н. дифференциальные системы, направленные на выявление общих закономерностей в изменении атомного веса элементов, которые детально разработали немецкие химики А. Штреккер и Г. Чермак.

В начале 60-х годов XIX в. появилось сразу несколько работ, которые непосредственно предшествовали Периодическому закону.

Спираль де Шанкуртуа

А. де Шанкуртуа располагал все известные в то время химические элементы в единой последовательности возрастания их атомных масс и полученный ряд наносил на поверхность цилиндра по линии, исходящей из его основания под углом 45° к плоскости основания (т.н. земная спираль ). При развертывании поверхности цилиндра оказывалось, что на вертикальных линиях, параллельных оси цилиндра, находились химические элементы со сходными свойствами. Так, на одну вертикаль попадали литий, натрий, калий; бериллий, магний, кальций; кислород, сера, селен, теллур и т.д. Недостатком спирали де Шанкуртуа было то обстоятельство, что на одной линии с близкими по своей химической природе элементами оказывались при этом и элементы совсем иного химического поведения. В группу щелочных металлов попадал марганец, в группу кислорода и серы – ничего общего с ними не имеющий титан.

Таблица Ньюлендса

Английский учёный Дж. Ньюлендс в 1864 г. опубликовал таблицу элементов, отражающую предложенный им закон октав . Ньюлендс показал, что в ряду элементов, размещённых в порядке возрастания атомных весов, свойства восьмого элемента сходны со свойствами первого. Ньюлендс пытался придать этой зависимости, действительно имеющей место для лёгких элементов, всеобщий характер. В его таблице в горизонтальных рядах располагались сходные элементы, однако в том же ряду часто оказывались и элементы совершенно отличные по свойствам. Кроме того, в некоторых ячейках Ньюлендс вынужден был разместить по два элемента; наконец, таблица не содержала свободных мест; в итоге закон октав был принят чрезвычайно скептически.

Таблицы Одлинга и Мейера

В том же 1864 г. появилась первая таблица немецкого химика Л. Мейера; в неё были включены 28 элементов, размещённые в шесть столбцов согласно их валентностям. Мейер намеренно ограничил число элементов в таблице, чтобы подчеркнуть закономерное (аналогичное триадам Дёберейнера) изменение атомной массы в рядах сходных элементов.

В 1870 г. вышла работа Мейера, содержащая новую таблицу под названием «Природа элементов как функция их атомного веса», состоявшая из девяти вертикальных столбцов. Сходные элементы располагались в горизонтальных рядах таблицы; некоторые ячейки Мейер оставил незаполненными. Таблица сопровождалась графиком зависимости атомного объёма элемента от атомного веса, имеющий характерный пилообразный вид, прекрасно иллюстрирующий термин «периодичность», уже предложенный к тому времени Менделеевым.

2. Что было сделано до дня великого открытия

Предпосылки открытия периодического закона следует искать в книге Д.И. Менделеева (далее Д.И.) «Основы химии». Первые главы 2-й части этой книги Д.И. написал в начале 1869 г. 1-я глава была посвящена натрию, 2-я – его аналогам, 3-я – теплоемкости, 4-я – щелочноземельным металлам. Ко дню открытия периодического закона (17 февраля 1869 г.) он, вероятно, уже успел изложить вопрос о соотношении таких полярно-противоположных элементов, как щелочные металлы и галоиды, которые были сближены между собой по величине их атомности (валентности), а также вопрос о соотношении самих щелочных металлов по величине их атомных весов. Он вплотную подошел и к вопросу о сближении и сопоставлении двух групп полярно-противоположных элементов по величине атомных весов их членов, что фактически уже означало отказ от принципа распределения элементов по их атомности и переход к принципу их распределения по атомным весам. Этот переход представлял собой не подготовку к открытию периодического закона, а уже начало самого открытия

К началу 1869 г. Значительная часть элементов была объединена в отдельные естественные группы и семейства по признаку общности химических свойств; наряду с этим другая часть их представлял собой разрозненные, стоявшие особняком отдельные элементы, которые не были объединены в особые группы. Твердо установленными считались следующие:

– группа щелочных металлов – литий, натрий, калий, рубидий и цезий;

– группа щелочноземельных металлов – кальций, стронций и барий;

– группа кислорода – кислород, сера, селен и теллур;

– группа азота – азот, фосфор, мышьяк и сурьма. Кроме того, сюда часто присоединяли висмут, а в качестве неполного аналога азота и мышьяка рассматривали ванадий;

– группа углерода – углерод, кремний и олово, причем в качестве неполных аналогов кремния и олова рассматривали титан и цирконий;

– группа галогенов (галоидов) – фтор, хлор, бром и йод;

– группа меди – медь и серебро;

– группа цинка – цинк и кадмий

– семейство железа – железо, кобальт, никель, марганец и хром;

– семейство платиновых металлов – платина, осмий, иридий, палладий, рутений и родий.

Сложнее дело обстояло с такими элементами, которые могли быть отнесены к разным группам или семействам:

– свинец, ртуть, магний, золото, бор, водород, алюминий, таллий, молибден, вольфрам.

Кроме того был известен ряд элементов, свойства которых были еще недостаточно изучены:

– семейство редкоземельных элементов – иттрий, «эрбий», церий, лантан и «дидим»;

– ниобий и тантал;

– бериллий;

3. День великого открытия

Д.И. был весьма разносторонним ученым. Он давно и очень сильно интересовался вопросами сельского хозяйства. Он принимал самое близкое участие в деятельности Вольного экономического общества в Петербурге (ВЭО), членом которого он состоял. ВЭО организовало в ряде северных губерний артельное сыроварение. Одним из инициаторов этого начинания был Н.В. Верещагин. В конце 1868 г., т.е. в то время как Д.И. заканчивал вып. 2 своей книги, Верещагин обратился в ВЭО с просьбой прислать кого-нибудь из членов Общества для того, чтобы на месте обследовать работу артельных сыроварен. Согласие на такого рода поездку выразил Д.И. В декабре 1868 г. он обследовал ряд артельных сыроварен в Тверской губернии. Для завершения обследования нужна было дополнительная командировка. Как раз на 17 февраля 1869 г. и был назначен отъезд.

Если бы Д.И. мог наперед знать, что именно 17 февраля он займется новым химическим исследованием и что последующая обработка результатов займет у него столько времени, то вряд ли за 2 дня до открытия он взял бы из университета, где работал, отпускное свидетельство для поездки в ряд губерний, начиная с 17 февраля 1869 г.

Рассмотрим, как прошел день 17 февраля и какие события в жизни и творчестве его наполнили. В связи с этими событиями Д.И, не смог в намеченный срок выехать на сыроварни и был вынужден задержаться в Петербурге до начала марта. Все это время он был занят совершением и обработкой периодического закона и его первичной публикацией в виде таблицы элементов.

Чтобы лучше рассмотреть, как протекало открытие, выделим несколько стадий, которые оно прошло в течение этого одного дня:

1) начальная стадия, когда Д.И. нащупал новый принцип распределения элементов, делая выкладки на только что полученном письме от Ходнева;

2) стадия составления первых двух неполных набросков основной части будущей системы элементов;

3) стадия составления карточек элементов для «химического пасьянса»;

4) решающая стадия – составление полного чернового варианта всей системы;

5) заключительная стадия – переписывание набело только что открытой системы элементов для опубликования ее в печати.

В день отъезда Д.И. получил письмо за подписью секретаря ВЭО А.И. Ходнева. Д.И., по свидетельствам современников часто использовал обратную сторону писем для своих научных изысканий. А поскольку его неотступно преследовала мысль о нахождении общей закономерности свойств элементов, то, неудивительно, что, получив письмо, он стал делать на нем наброски будущей системы элементов.

Д.И. сопоставлял не отдельные элементы, а группы элементов, имеющих сходные свойства. Начал он с сопоставления группы щелочных металлов и галоидов. Затем долго искал переход от щелочных к щелочноземельным металлам. Он предполагал, что между ними должны находится т. наз. «переходные» металлы (Cu, Ag, Hg), а затем все же поставил щелочноземельные металлы после щелочных, минуя переходные.

Далее последовали две неполные таблички элементов, составленные на одном листе бумаги, в которых Д.И. продолжал составлять из групп элементов и отдельных элементов, не вошедших в группы, варианты будущей таблицы.

Решающим шагом к открытию периодического закона стало то, что Д.И. попытался сопоставить по величине атомных весов группы несходных элементов. Изначально Д.И. предполагал строить свою систему на основе принципа атомности (валентности) элементов. Однако затем он перешел к принципу распределения на основе величины атомной массы элементов. Тем не менее, принцип атомности не был отброшен, он применялся вкупе с новым принципом. Так, Менделеев выстраивал свои групп на основе не только общности химических свойств элементов, но и на основе их одинаковой валентности. А при составлении будущих периодов таблицы, он отмечал закономерное изменение валентности от1 до 4 при переходе от Li к C, а затем вновь до 1 при переходе к F.

При составлении нижней неполной таблички элементов для Д.И. становилось ясно, что решена была только первая, далеко не самая сложная задача – размещение уже довольно изученных элементов в центральной части будущей таблицы. Предстояла же самая сложная и трудная часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейся системы.

В результате составления набросков двух неполных табличек элементов на отдельном листке бумаги выявилось несовершенство метода, примененного для выработки полной таблицы элементов, которая должна была охватить собой все элементы. При неясности положения того или иного элемента, этот элемент приходилось бы передвигать не один раз с места на место; тогда табличка заполнялась бы вычеркиваниями и поправками, что не дало бы возможности быстро ориентироваться при размещении новых элементов. Нужно было найти какой-то более гибкий, более подвижный способ, который позволял бы в любой момент видеть картину распределения элементов как бы в чистом виде, не заслоненную предшествующими переносами, исправлениями и зачеркиваниями. Такой прием Д.И, нашел в карточках с написанными на них элементами. Такие карточки легко можно было переставлять, имея перед глазами всю картину распределения элементов, достигнутого в данный момент. Вместе с тем можно было в любой момент обозревать карточки тех элементов, которые еще не попали в таблицу. Так возник прием, который А.Е. Ферсман очень удачно назвал «пасьянсом».

Все 63 карточки Д.И. разделил на четыре категории по признаку их распространенности и изученности. В 1-ю категорию попало 14 элементов, которые распространены повсеместно и составляют главный материал видимых тел: Al, C, Ca, Cl, Fe, H, K, Mg, N, Na, O, P, S, Si. В силу своей распространенности, эти элементы должны были входить в число хорошо исследованных. Во 2-ю категорию попали такие элементы (21), которые встречаются в свободном виде или в виде соединений, хотя и не распространены повсюду или встречаются в малых количествах: Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Br, Co, Cr, Cu, F, Hg, I, Mn, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn. Эти элементы также должны были входить в число хорошо изученных. В 3-ю категорию вошло 18 элементов редких, но хорошо исследованных: Be, Ce, Cd, Cs, In, Ir, Li, Mo, Os, Pd, Rb, Se, Te, Tl, Ur, Wo, Y. В 4-ю категорию вошло 10 элементов редких и мало исследованных: Di, Er, La, Nb, Rh, Ru, Ta, Th, Va, Zr. В дальнейшем Д.И. мог сделать некоторые перестановки элементов между первыми тремя категориями и последней категорией. Когда карточки всех 63 элементов были готовы, Д.И. не прибегая еще к «химическому пасьянсу», установил порядок включения в свою готовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы были изображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их на различные категории выражалась в разбивке карточек на несколько кучек. Вероятно, в первую очередь в таблицу должны были войти наиболее изученные элементы, причем те, связи между которыми были бесспорно выяснены на предшествующей стадии открытия периодического закона. При определении порядка включения элементов в таблицу признак распространенности не имел существенного значения, тогда как решающее значение приобретал атомный вес. Сначала вносились в таблицу более легкие, а затем – более тяжелые элементы. Первая кучка – наиболее изученные элементы; следующие за ней две кучки – менее изученные элементы; из них вторая – «легкие», третья – «тяжелые» элементы; четвертая – слабо изученные элементы. Разбив карточки всех элементов на кучки, Д.И. определил этим общую последовательность составления таблицы элементов.

К моменту раскладывания «пасьянса» открытие периодического закона вступило в свою решающую фазу. Определяющая роль атомного веса при сопоставлении групп несходных элементов выяснилась в полной мере. Центральная часть будущей системы элементов сформировалась в своей основе. Осталось «только» одно: доказать всеобщий характер того принципа, который уже был доказан в его применении к центральной части таблицы. Но это «только» составляло главную, непреодолимую еще трудность при создании периодической системы элементов.

При доведении до конца построения своей таблицы элементов Д.И. продолжил применять тот же прием сопоставления групп несходных элементов, с помощью которого он начал строить эту таблицу в первых записях, сделанных на письме Ходнева, и в обеих неполных табличках. Так, путем преставления карточек элементов на основе имеющихся уже сведений, и был открыт периодический закон.

Когда периодический закон был открыт, и была составлена система элементов в первом ее варианте, оставалось оформить достигнутый результат в виде чистой таблицы, по которой другие ученые могли бы ознакомиться с открытием, сделанным Д.И. При переписывании таблицы набело Д.И. внес следующие изменения: элементы в ней располагались не в порядке убывания, а в порядке возрастания атомных весов, т.е. более тяжелые элементы подписывались под более легкими, а на тех местах, где были пропуски и где можно было предполагать не известные еще элементы, Д.И. поставил знак вопроса и предположительно вычислил атомные веса.

Отдав в типографию для набора рукопись «Опыта системы элементов», Д.И. не мог уехать из Петербурга на сыроварни до тех пор, пока не пришла корректура. Для набора требовалось время, и это время Д.И. использовал для того, чтобы обобщить и обработать сделанное им открытие в виде статьи, изложив в ней то, что было заключено в «Опыте системы элементов». К моменту написания статьи Д.И. составил уже много различных вариантов системы элементов, основанной на их атомном весе. Свою статью он озаглавил «Соотношение свойств с атомным весом элементов»

В своей статье Д.И. писал: «Убедясь предыдущею таблицею в том, что атомный вес элементов может служить опорою их системы, я первоначально расположил элементы в непрерывном порядке по величине атомного веса и тотчас заметил, что существуют некоторые перерывы в ряду таким образом поставленных элементов». Анализируя это и другие высказывания Д.И., можно сделать вывод о том, что Д.И. сначала составил свой «Опыт системы элементов» (путем сопоставления групп элементов), а затем убедился, что атомный вес может являться основой системы элементов. После этого Д.И. приступил к дальнейшему исследованию открытой им закономерности, и это свое дальнейшее исследование начал с того, что расположил все элементы в непрерывный ряд по возрастанию их атомных весов. Это опровергает мнение некоторых химиков, будто сначала Д.И. составил общий ряд элементов по величине их атомного веса, и только после этого он заметил периодичность в изменении свойств; затем он разделил общий ряд на периоды и составил из этих отрезков свой «Опыт системы элементов». Все содержание статьи неоспоримо свидетельствует о том, что в этой статье Д.И. отразил, обобщил и подытожил тот путь, каким он шел в день 17 февраля 1869 г. При создании периодической системы элементов.

4. После дня великого открытия

В марте 1869 г., тут же после окончания статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» Д.И. поехал на артельные сыроварни. Накануне отъезда, 1 марта 1869 г. Он разослал многим химикам отпечатанный листок с «Опытом системы элементов». 6 марта состоялся доклад о системе элементов в заседании русского химического общества.

По причине отсутствия Д.И. в Петербурге, доклад о его открытии сделал профессор Н.А. Меншуткин. В связи с этим позднее возникли различные легенды по этому поводу. Наиболее распространенной стала легенда о мнимой болезни Д.И., которую распространил Б.Н. Меншуткин (сын Н.А. Меншуткина). А М.Н. Младенцев предложил совсем уж невероятное объяснение: «Первое сообщение было сделано 6 марта 1869 г. В заседании Химического общества проф. Н.А. Меншуткиным, так как сам Д.И., видимо, волновался и не решался выступить, хотя ему и ясно было все великое значение настоящего открытия». Все эти легенды ни в коей мере не соответствуют действительности. Причина выступления Меншуткина вместо Менделеева была совсем в другом.

5. Применение Д.И. Менделеевым методов научного познания

Научное открытие такого масштаба, как открытие периодического закона, не могло бы совершиться в столь краткий срок, если бы его автор не владел в совершенстве подлинно научным методом познания, методом научного исследования явлений природы.

1) Метод восхождения.

Метод восхождения отвечает движению познания от непосредственно данного, исходного, к раскрываемому лишь опосредованно, при помощи абстрактного мышления. Следовательно, метод восхождения в самой общей форме выражает то обстоятельство, что развитие мысли в ходе научного познания, как и всякое развитие совершается не хаотически, а в определенном направлении, строго последовательно. Сам Д.И. писал: «Познание и полное обладание предметами состоит из трех степеней: 1) наблюдение, констатирование факта, я вижу, но не знаю, как сделать, отчего и пр. Ему соответствует описание, изучение факта. 2) Соотношение факта с некоторыми другими – закон, этому соответствует измерение. 3) Теория – связь внутренняя с цельным миросозерцанием… начинается гипотезою, кончается теоретическим открытием новых явлений, выводом всего из одного положения. Этому соответствует предсказание явления в совершенной его точности, открытие новых явлений».

Таким образом, становится понятно, что, вопреки существующим в нашей литературе мнениям, Д.И. не был приверженцем только индуктивного метода. Индукцию в ее правильном понимании Д.И. не противопоставляет дедукции, а фактически рассматривает в единстве с ней.

При таком методе познания происходит переход от простейших «клеточек», как их назвал сам Д.И. к более общим законам. Такой «клеточкой» стало рассмотрение в 1-ой части «Основ химии» поваренной соли NaCl. Можно сказать, что, выбрав NaCl в качестве исходного вещества при изложении систематической части химии, Д.И. выбрал нечто простое, обычное, множество раз встречающееся в практике человека. Именно такой и должна быть «клеточка» науки, с которой следует начинать изложение этой науки. Дело в том, что в этом соединении уже были даны в их естественной связи (химической) представители двух наиболее характерных, причем полярно противоположных, химических элементов – Na и Cl отправляясь от соотношения обоих этих элементов, существующего в самой природе, Д.И. нашел сразу ключ к дальнейшему развитию своей творческой мысли. Именно отсюда вытекала необходимость сопоставить две группы наиболее несходных между собой элементов – галогенов и щелочных металлов.

Следует еще отметить, что на всем протяжении совершаемого открытия Д.И. строго придерживался выработавшейся последовательности – переходить от известного к неизвестному и от более известного к менее известному.

Всякий закон в науке устанавливается в итоге обобщения. Тем самым рассмотрение метода восхождения непосредственно приводит к рассмотрению другого, связанного с ним метода, который можно назвать методом обобщения.

2) Метод обобщения. Переход от особенного ко всеобщему.

Путь познания любого закона природы исторически, вполне закономерно проходит отдельные ступени. В общем случае таких ступеней можно выделить три:

а) Исходным является собирание или накопление отдельных, единичных фактов, относящихся к изучаемому кругу явлений. Регистрируя каждый такой отдельный факт, мы высказываем полученный нами результат в форме единичности .

б) По мере накопления отдельных фактов во избежание того, чтобы не образовался неразличимый хаос данных, мы группируем или классифицируем собранный материал. Мы соединяем все сходное в одну особую группу, отличая ее от столь же особых категорий или групп. Соответственно этому мы выражаем достигнутый теперь результат в форме особенности .

в) Разбивка известных фактов на разобщенные между собой особые группы по признаку их особых свойств и на основе учета сходства, противопоставленного различию, лежит в основе искусственных или формальных классификаций. Естественная же классификация предполагает прежде всего нахождение общего признака или общей основы, лежащей в фундаменте всего данного круга явлений, и объединяющей собой все разобщенные группы. В соответствии с этим за ступенью особенности всегда следует та высшая ступень познания, на которой открывается закон природы. Открывая закон природы, мы выражаем достигнутый результат в форме всеобщности .

Таким образом, путь познания закона – это путь движения научной мысли от единичности (свойства отдельных элементов) к особенности (группы сходных по свойствам элементов) и от особенности к всеобщности (периодический закон).

Развитие научного познания, идущего от единичного через особенное ко всеобщему, может быть охарактеризовано в соответствии с тем, как логически соотносятся между собой различные звенья в общей цепи поступательного движения научной мысли. Если совокупность всех взаимосвязанных элементов принять за целое, то разбивку элементов на различные обособленные между собой группы мы можем рассматривать как деление целого на части. В таком случае переход от отдельных, обособленных групп к общей системе выступит как переход от анализа к синтезу. Напротив, вычленение или выделение из общей системы отдельных групп элементов будет означать обратное движение от синтетического подхода к аналитическому. По сути дела вся стадия разбивки элементов на их естественные группы представляет собой стадию анализа, если ее рассматривать по отношению ко всей совокупности химических элементов. Но вместе с тем, если ее брать по отношению к отдельным элементам, она выступает уже как подготовка перехода к синтезу через объединение элементов в некоторые новые единицы – группы, из которых, как из строительных кирпичиков можно будет построить здание целостной, охватывающей все элементы системы, т.е. осуществить теоретический синтез. В ходе открытия периодического закона и создания системы элементов выпукло проявилась взаимосвязь между синтезом и анализом в познавательном процессе – подготовительная функция анализа и заключительная синтеза.

3) Сравнительный метод

Суть метода, который Д.И. называл сравнительным, состоит в том, что элементы рассматриваются не изолированно, не сами по себе, а в их общей взаимной связи и в их взаимных отношениях. Уже на первых порах его применения сравнительный метод дал громадный выигрыш, так как позволял не только сопоставлять разные группы элементов между собой, но и проверять, насколько их сопоставление проведено правильно, а в связи с этим, насколько правильно составлены и сами группы.

Будучи исходным пунктом для разработки и применения сравнительного метода, сличение атомных весов подводило непосредственно к формулировке самого периодического закона, основанной на признании, что «величина атомного веса определяет характер элемента…».

Развитие Д.И. сравнительного подхода к изучению элементов вылилось 17 февраля 1869 г. В конкретную задачу: составить общую систему и найти в ней естественное место для каждой группы, а тем самым для каждого отдельного элемента.

С одной стороны, периодический закон был открыт при помощи сравнительного метода, а с другой – его открытие явилось мощным стимулом к дальнейшему совершенствованию этого метода.

Заключение

периодический менделеев познание научный

В отличие от своих предшественников, Менделеев не только составил таблицу и указал на наличие несомненных закономерностей в численных величинах атомных весов, но и решился назвать эти закономерности общим законом природы. Он взял на себя смелость на основании предположения, что атомная масса предопределяет свойства элемента, изменить принятые атомные веса некоторых элементов и подробно описать свойства неоткрытых ещё элементов.

Д.И. Менделеев на протяжении многих лет боролся за признание Периодического закона; его идеи получили признание только после того, как были открыты предсказанные Менделеевым элементы: галлий (П. Лекок де Буабодран, 1875), скандий (Л. Нильсен, 1879) и германий (К. Винклер1886) – соответственно экаалюминий, экабор и экасилиций. С середины 1880-х годов Периодический закон был окончательно признан в качестве одной из теоретических основ химии.

Хотя классификация Менделеева и имела значительные достоинства, которые способствовали ее быстрому распространению и превращению в руководящий критерий для исследований в области неорганической химии, она не была полностью лишена недостатков. Первый недостаток таблицы заключался в том, что водород, как одновалентный элемент был помещен в начале I группы. Помещение элементов меди, серебра и золота в I группе вместе со щелочными металлами и в VIII группе вместе с металлами группы железа и группы платины явно непоследовательно. Другие отклонения замечаются в VI, VII, и VIII группах.

Для того, чтобы периодическая система приобрела еще большую предсказательную силу и могла быть усовершенствована, имели значение работы по неорганической химии, проведенные в последние десятилетия XIX века. Толчком к пересмотру классификации послужили исследования редких земель, которые привели к выделению многих элементов, не поддававшихся обычному способу классификации, и к открытию благородных газов Рамзаем и Рэлеем

В начале XX века Периодическая система элементов неоднократно видоизменялась для приведения в соответствие с новейшими научными данными. Д.И. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости образования в таблице нулевой группы элементов, в которую вошли инертные газы. Инертные газы явились, таким образом, элементами, переходными между галогенами и щелочными металлами. Б. Браунер нашёл решение проблемы размещения в таблице редкоземельных элементов, предложив в 1902 г. помещать все РЗЭ в одну ячейку; в предложенном им длинном варианте таблицы шестой период таблицы был длиннее, чем четвёртый и пятый, которые в свою очередь длиннее, чем второй и третий периоды.

Дальнейшее развитие Периодического закона в было связано с успехами физики: установление делимости атома на основании открытия электрона и радиоактивности в конце концов позволило понять причины периодичности свойств химических элементов и создать теорию Периодической системы.

Мощный толчок для новых исследований внутренней природы элементов был дан открытием в 1898 г. супругами Кюри радия и тем комплексом явлений, которые известны под названием радиоактивности.

Для химии серьёзную проблему составляла необходимость размещения в Периодической таблице многочисленных продуктов радиоактивного распада, имеющих близкие атомные массы, но значительно отличающиеся периоды полураспада. Т. Сведберг в 1909 г. доказал, что свинец и неон, полученные в результате радиоактивного распада и отличающиеся по величине атомных масс от «обычных» элементов, химически им полностью тождественны. В 1911 г. Ф. Содди предложил размещать химически неразличимые элементы, имеющие различные атомные массы (изотопы) в одной ячейке таблицы.

В 1913 г. английский физик Г. Мозли установил, что корень из характеристической частоты рентгеновского излучения элемента (н) линейно зависит от целочисленной величины – атомного номера (Z), который совпадает с номером элемента в Периодической таблице:

где А и b – константы

Закон Мозли дал возможность экспериментально определить положение элементов в Периодической таблице. Атомный номер, совпадающий, как предположил в 1911 г. голландский физик А. Ван Ден Брук, с величиной положительного заряда ядра атома, стал основой классификации химических элементов. В 1920 г. английский физик Дж. Чедвик экспериментально подтвердил гипотезу Ван ден Брука; тем самым был раскрыт физический смысл порядкового номера элемента в Периодической системе. Периодический закон получил современную формулировку: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов элементов».

В 1921–1923 гг., основываясь на модели атома Бора-Зоммерфельда, представляющей собой компромисс между классическими и квантовыми представлениями, Н. Бор заложил основы формальной теории Периодической системы. Причина периодичности свойств элементов, как показал Бор, заключалась в периодическом повторении строения внешнего электронного уровня атома.

Список использованных источников

1. Кедров Б.М. День одного великого открытия. – М.: Эдиториал УРСС, 2001. – 640 с.

2. Ахметов Н.С. Актуальные вопросы курса неорганической химии. – М.: Просвещение, 1991. – 224 с.

3. Корольков Д.В. Основы неорганической химии. – М.: Просвещение, 1982. – 271 с.

4. Джуа М. История химии. – М.: Мир, 1975. – 480 с.

Введение

Трудно себе представить современную науку без открытия Д.И. Менделеева. Данному закону уже чуть менее 150 лет и он продолжает свое триумфальное шествие. Не возможно изучать химию иначе, как на основе периодического закона и периодической системы элементов. Они относятся к таким научным закономерностям, которые отражают явления, реально существующие в природе, и поэтому никогда не потеряют своего значения.

Целью настоящей работы является выяснения условий и хода открытия, сделанного Д.И. Менделеевым, выяснить структуру периодической системы и зависимость свойств элементов, понять схему строения атома химического элемента, определить прогностическую функцию периодического закона.

Свойства простых веществ, а также формы, и свойства их соединений находятся в периодической зависимости от зарядов ядер атомов.

Открытие периодического закона

В начале 19 в. происходит быстрое развитие химической науки. Если в конце 18 века было известно лишь 25 химических элементов (такие H, C, N, О, P, Cl, и прочие), то к 60-м годам 19 века из число равно 63. Параллельно с открытием новых элементов шло накопление сведений об их атомном весе, физических и химических свойствах, что привело к необходимости классификации элементов.

Немецкий ученый Деберейнер в 1829 г. сгруппировал элементы по триадам:

И сформулировал правило триад: атомные веса трех родственных элементов связаны таким образом, что атомный вес среднего элемента является средним арифметическим весов более легкого и более тяжелого.

В 1864 г. английский ученый Ньюленд пытался разбить все известные элементы на октавы:

H, Li, Be, B, C, N, O;

F, Na, Mg, Al, Si, P, S.

Всего до Менделеева было опубликовано свыше 30 работ по систематике элементов. Однако, общего закона, связывающего все химические элементы, эти ученые не открыли, т.к. они изучали закономерности между сходными элементами в естественных группах, а закономерную связь между группами не искали; а так же, пользуясь неверными атомными массами объединяли в одну группу элементы, далекие по химическим свойствам.

17 февраля 1869 г. (по старому стилю) профессор Петербургского университета Дмитрий Иванович Менделеев сделал первый набросок таблицы химических элементов. В этой таблице он расположил элементы в порядке возрастания их атомных весов и проследил периодическую повторяемость их атомных весов:

Менделеев Д.И. назвал его «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом свойстве». Это была самая первая таблица периодической системы элементов.

Но чтобы обнаруженная закономерность могла называться законом и была признана другими учеными как закон, надо было еще много работать. И два с половиной года - а вплоть до декабря 1871 г. - он занимался разработкой своего открытия.

Менделеев видел три обстоятельства, которые, по его мнению, способствовали открытию периодического закона:

• · были более или менее точно определены величины атомных весов большинства химических элементов;
• · появилось четкое понятие о группах сходных по химическим свойствам элементов;
• · к 1869 г. была изучена химия многих редких элементов, без знания которой трудно было бы прийти к какому-либо обобщению.

Менделеев сопоставил между собой все известные элементы о величине атомных весов и логично объединил их в структуре своей таблицы. Он характеризовал течение своего творческого процесса: «Искать же что-либо, хотя бы грибы или какую-нибудь зависимость, нельзя иначе, как смотря и пробуя. Вот я и стал подбирать, написав на отдельных карточках элементы с их атомными весами и коренными свойствами, сходные элементы и близкие атомные веса, что быстро привело к тому заключению, что свойства элементов стоят в периодической зависимости от их атомного веса, причем, сомневаясь во многих неясностях, я ни минуты не сомневался в общности сделанного вывода, так как случайность допустить было невозможно».

На первой карточке у Менделеева Д.И было написано название, атомный вес и свойства водорода, вторую карточку с атомным весом и свойствами металла лития он поместил под карточкой водорода. На третье место рядом с литием Менделеев Д.И положил карточку, на которой было написано - Ве(9), а не Ве (14), т.к. принял во внимание особенности химических свойств бериллия: они представляли плавный переход от свойств лития к свойствам бора.

Карточку бора Менделеев Д.И поместил на четвертое место. На пятое углерод. На шестом месте - азот, далее следовали кислород и фтор. Девятая же карточка, принадлежащая металлу натрию, была помещена под второй, на которой были написаны химические характеристики металла лития. На следующее место был поставлен магний за ним алюминий. Под углеродом была положена карточка кремния, под кислородом - сера, под фтором - хлор.

Таки образом, в вертикальных рядах оказались химически сходные элементы. Металл литий по своим свойствам похож на металл натрий. Также как бериллий и магний схожи друг с другом - они образуют с металлами очень схожие соединения. Свойства кислорода и серы также сходны между собой. Под карточкой натрия была помещена карточка с очень схожим на натрий калием, и калий стал началом нового ряда. Под магнием Менделеев Д.И. поместил сходный с магнием кальций. Следующим в порядке возрастания атомного веса должен был идти ванадий, но вместо этого Менделеев Д.И рядом с кальцием оставляет пустую карточку. Вслед за пустой карточкой он ставит карточку титана, хотя на тот момент атомный вес титана химиками считался не 48 а 52. Таким образом, Менделеев Д.И предсказал истинное значение атомного веса для титана, также как и для бериллия. После чего, за титаном следует карточка ванадия, а уже далее карточки хрома и марганца. Этот период в таблице Менделеева длинный. За марганцем идут железо (Fe)-56, кобальт (Co)-59, никель(Ni)-59, медь(Cu)-63, цинк (Zn)-65. Но вслед за цинком ученый вновь оставил в своей таблице подряд два пустых места. Далее следовали карточки с мышьяком, селеном и бромом, завершавшим длинный период. При этом карточки мышьяка, селена и брома оказались под сходными с ними элементами конца предыдущего короткого периода, т.е. элементов фосфора, серы и хлора.

В 1871 году в журнале Русского химического общества появилась статья Менделеева Д.И «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов». В данной статье он описал три до этого времени неизвестных научному миру химических элемента, причем так обстоятельно, как не смог бы этого сделать иной исследователь, державший в руках их соединения и посвятивший долгие годы изучению их в лаборатории. Этот факт можно назвать великим предсказанием, т.к. менделеевский экаалюминий соответствует галлию, экабор - скандию, экасилиций - германию. Также в данной статье Менделеев Д.И впервые употребляет понятие «закон периодичности», называя свою систему естественной. В том же году появляется очередная статья Менделеева Д.И. под названием «Периодическая законность химических элементов», о которой сам автор впоследствии говорил: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов …..». В данной статье Менделеев Д.И впервые приводит каноническую формулировку периодического закона, просуществовавшую до его физического обоснования: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Металлы и силикаты, оксиды и углеводы, вода и белки Как сильно различаются они по составу, свойствам, строению. Поистине удивительно многообразие веществ, из которых состоит окружающий нас мир. А если принять во внимание и химические соединения, которые не существуют в природе, но полученные учеными в лабораториях, в списки уже известных веществ придется включать миллионы наименований. И эти списки непрерывно расширяются

В этом безбрежном море было бы невозможно ориентироваться, если бы не было в руках ученых надежного «компаса». Все вещества образованы лишь из нескольких десятков химических элементов, а сами элементы беспрекословно подчиняются единому закону. Этот важный закон – Периодический закон,- открытый в 1869г. великим русским химиком Д. И. Менделеевым, служит одним из краеугольных камней фундамента, на котором зиждется химическая наука.

Меня привлекла тема "Д. И. Менделеев и Периодический закон" тем, что захотелось подробно узнать и понять личность великого ученого, открытие им Периодического закона.

Предпосылки открытия

Периодического закона Д. И. Менделеева.

Еще на заре цивилизации люди находили в природе некоторые химические элементы, среди них медь, железо, серебро, золото и др. Эти металлы, в частности медь и железо, имели такое большое значение в жизни человека, что в честь них были названы целые исторические эпохи (бронзовый и железный века).

Значительный вклад в разработку атомических учений внесли древнегреческие философы: Демокрит (460-370гг. до н. э.), Эпикур (341-270гг. до н. э.), Аристотель (384-322гг. до н. э.). Атомистическая теория древнегреческих философов была результатом строго логичного рассуждения о первоначалах природы, о важнейших принципах жизни. Необходимо было найти единое, неизменное, неуничтожимое в многообразии окружающих вещей. Так возникла мысль о мельчайших, неделимых, неуничтожаемых телах (атомах), составляющих любую вещь.

Последовавшие затем почти тысячелетнее засилье религии и мракобесия привело к тому, что атомистика была предана забвению и возродилась лишь в XVII в. на качественно новом уровне.

Роберт Бойль (1627-1691гг.), английский физик и химик, внес большой вклад в становление химии как науки. Главная заслуга Бойля состоит в том, что он стал рассматривать химические элементы не как некие отвлеченные понятия, а как реально существующие частицы. Он считал, что в действительности химических элементов может быть немного – и тем самым нацеливал на их поиск в природе. Р. Бойль дал принципиально новое понятие о химическом элементе как строго индивидуальном материальном теле, состоящем из атомов. Ключ Бойля "состав – свойства" открывал путь химическому производству веществ с заданными свойствами.

Якоб Берцелиус (1779-1848гг.), шведский химик, определил атомные массы 45 химических элементов в 1818г. Опубликовал их в виде таблице. В том же году он провел сопоставление процентного состава 2000 химических соединений и указал их "атомные веса" (он не пользовался понятием "молекула", а рассматривал молекулы как атомы различной степени сложности). Для обозначения химических элементов Берцелиус предложил использовать начальные буквы их латинских названий. По его мнению, для обозначений химических соединений следовало использовать буквы и цифры, чтобы их легко можно было писать и печатать. Они должны были наглядно отражать соотношение элементов в соединениях, указывать относительные количества составных частей, образующих вещество, и, наконец, выражать численный результат анализа так же просто и понятно, как алгебраические формулы. Берцелиус открыл новые химические элементы: церий, селен и торий. Ему первому удалось получить в свободном состоянии кремний, титан, тантал, цирконий, а также ванадий.

Иоганн Деберейнер (1780-1849гг.), немецкий химик, при сопоставлении атомных весов некоторых химически сходных элементов нашел, что для многих широко распространенных в природе элементов эти числа довольно близки, а для таких элементов, как Fe, Co, Ni, Cr, Mn, они практически одинаковы. Кроме того, он отметил, что относительный "атомный вес" SrO представляет собой приблизительное среднее арифметическое из "атомных весов" CaO и BaO. На этой основе Деберейнер предложил "закон триад", состоящий в том, что сходные по химическим свойствам элементы могут быть сведены в группы по три элемента (триады), например Cl, Br, J или Sr, Ca, Ba. При этом атомный вес среднего элемента триады близок к половине суммы атомных весов крайних элементов.

Другие химики интересовались закономерностями в изменении значений атомных масс в группах сходных элементов. Первой из таких сопоставлений была так называемая "винтовая линия" А. де Шанкуртуа. В своих сообщениях он сделал попытку сопоставить свойства элементов в виде кривой. Он нанес на боковую поверхность цилиндра линию под углом 45° к его основанию. Поверхность цилиндра разделена вертикальными линиями на 16 частей (атомная масса кислорода равна 16). Атомные массы элементов и молекулярные массы простых тел были изображены в виде точек на винтовой линии в соответствующем масштабе. Если развернуть образующую цилиндра, то на плоскости получится ряд отрезов прямых, параллельных друг другу. При таком расположении сходные элементы оказываются друг под другом далеко не всегда. Так, в группу кислорода попадает титан; марганец включен в группу щелочных металлов; железо – в группу щелочноземельных. Однако, "винтовая линия" Шанкуртуа фиксирует и некоторые правильные соотношения между атомными массами ряда элементов, но, тем не менее, не отражает периодичности свойств элементов.

Одной из предпосылок открытия Периодического закона послужили решения международного съезда химиков в Карлсруэ в 1860г. , когда окончательно утвердилось атомно-молекулярное учение, были приняты первые единые определения понятий молекулы и атома, а также атомного веса, который мы теперь называем относительной атомной массой. Именно это понятие как неизменную характеристику атомов химических элементов Д. И. Менделеев положил в основу своей классификации. Он писал: "Масса вещества есть именно такое свойство его, от которого должны находиться в зависимости все остальные свойства. Поэтому ближе или естественнее всего искать зависимость между свойствами и сходствами элементов, с одной стороны, и атомными их весами – с другой". Предшественники Д. И. Менделеева сравнивали между собой только сходные элементы, а поэтому и не смогли открыть Периодический закон. В отличие от них Д. И. Менделеев обнаружил периодичность в изменении свойств химических элементов, расположенных в порядке возрастания величин их атомных масс, сравнивая между собой все известные ему, в том числе и несходные, элементы.

Д. И. Менделеев в своем открытии опирался на четко сформулированные исходные положения:

– Общее неизменное свойство атомов всех химических элементов – их атомная масса;

– Свойства элементов зависят от их атомных масс;

– Форма этой зависимости - периодическая.

Рассмотренные выше предпосылки можно назвать объективными, то есть не зависящими от личности ученого, так как они были обусловлены историческим развитием химии как науки.

Но без личностных качеств великого химика, которые составляют субъективную предпосылку открытия Периодического закона, вряд ли он был бы открыт в 1869г. Если бы его открыл какой-нибудь другой химик, вероятно, это произошло бы намного позже. Энциклопедичность знаний, научная интуиция, умение обобщать, постоянное стремление к познанию неведомого, дар научного предвидения Д. И. Менделеева сыграли свою немалую роль в открытии Периодического закона.

Открытие Д. И. Менделеевым

Периодического закона.

1 марта 1969г. научная общественность всего мира отмечала столетие одного из величайших законов современного естествознания – Периодического закона химических элементов. Наука и техника сделала за этот период гигантские скачки. Казалось бы, значение Периодического закона Д. И. Менделеева должно было потускнеть перед грандиозными достижениями современной науки. Напротив, в наши дни Периодический закон химических элементов представляется рельефнее и значительнее, чем 100 лет назад.

Открытие Периодического закона внесло ясность и порядок в многообразии, и разрозненные сведения о природе и химических свойствах элементах и их соединениях. Химия из эмпирического искусства преобразовалась в подлинную, точную науку. Привычная простота и четкость таблицы Д. И. Менделеева скрывают теперь от нас гигантскую и кропотливую работу по освоению и переработке всего того, что было известно до Д. И. Менделеева. Ему пришлось выполнить грандиозную работу, чтобы стала возможной и осуществимой догадка о существовании закона периодичности свойств элементов.

К 1869г. были открыты только 63 элемента. Из них достаточно хорошо изучены с точно определенными атомными массами только 48, в то время как атомная масса остальных элементов была определена неточно или неверно. Расположив элементы в ряд по возрастанию неверных, или неточно определенных, атомных масс, ни один химик в мире не мог бы обнаружить общей закономерности в их свойствах. Только непостижимая способность обобщения позволила увидеть всеобъемлющую простоту закона. Для этого необходима великая научная смелость, и этой научной смелостью обладал Д. И. Менделеев. Открытый им Периодический закон отвечал самому главному требованию – возможности предсказания нового и предвидения неизвестного. Закон Д. И. Менделеева в этом плане не имеет равных себе.

В самом деле, для того чтобы расположить химические элементы в соответствии с периодическим законом и построить первую Периодическую таблицу, Д. И. Менделеев должен был оставить в ней «пустые» места и принять новые значения атомных масс для многих элементов, т. е. предсказать новые элементы. Для этого нужна уверенность в истинности вновь открытого закона, необходима смелость и решимость, что и отличает Д. И. Менделеева от всех его предшественников.

Более 30 лет Д. И. Менделеев работал над открытием и совершенствованием Периодического закона. Будучи уверенным, что он открыл новый естественный закон природы, Д. И. Менделеев на основании его предсказывает существование 12 неизвестных в то время науке элементов, для трех из них дает подробное описание их свойств, а также свойств их соединений и даже тех способов, при помощи которых они впоследствии могут быть получены.

Все предсказания, сделанные Д. И. Менделеевым на основе Периодического закона, а также исправления атомных масс элементов блестяще подтвердились.

Периодический закон стал законом предвидения в химии. Исследования Д. И. Менделеева дали прочный и надежный фундамент дальнейшего развития науки. Они послужили основой для объяснения строения атомов и их соединения. "Нет ни одного, сколь-либо общего закона природы,- писал Д. И. Менделеев,- который бы основался сразу; всегда его утверждению предшествует много предчувствий, а признание закона наступает не тогда, когда он вполне сознан во всем его значении, а лишь по утверждению его следствий опытами, которые естествоиспытатели должны признавать высшею инстанциею своих соображений и мнений". Вполне естественно, что открытию такого всеобъемлющего закона природы также предшествовал длительный этап "предчувствий". До Д. И. Менделеева было много ученых, которые предлагали свои таблицы и графики элементов и отдельные частные закономерности о соотношении свойств элементов. Не случайно, что некоторые из них после открытия Д. И. Менделеевым выступали с претензиями на первенство открытия. Большое значение для установления периодичности химических элементов имело точное определение основных химических понятий "элемент" и "простое тело". Большая заслуга в определении этих понятий принадлежит Д. И. Менделееву, который, в отличие от своих предшественников, создал систему элементов, а не простых тел или эквивалентов. "Разнообразные периодические отношения принадлежат элементам,- писал Д. И. Менделеев,- а не простым телам, и это весьма важно заметить, потому что Периодический закон относится к элементам, так как им свойствен атомный вес, а простым телам, как и сложным, частичный вес". В то время почти все предшественники Д. И. Менделеева в своих поисках пользовались весьма расплывчатыми понятиями элемента и простого тела и зачастую оперировали не только истинными атомными массами, а эквивалентами. При существовавшей путанице таких понятий, как "атомная масса", "молекулярная масса", "эквивалент", многие химики, занимавшиеся поиском закономерностей между элементами, естественно, не могли обнаружить внутренней связи между их физическими и химическими свойствами. Так, например, У. Одлинг в 1865г. в своей книге "Курс практической химии" дал таблицу, озаглавив ее "Атомные веса и знаки элементов". Эта таблица внешне была сходна с первой таблицей Д. И. Менделеева. Однако сходство было чисто вешним, и поэтому Д. И. Менделеев справедливо указал, что У. Одлинг ничего не говорит о смысле своей таблице и нигде о ней не упоминал.

Все предшественники Д. И. Менделеева не смогли сделать всеобъемлющих обобщений из отмеченных ими закономерностей.

В течение многих лет Д. И. Менделеев выполнял гигантскую работу. В центре его внимания в эти годы было изучение связи химических свойств веществ с их физической структурой – центральная проблема, над которой работали химики того времени.

Деятельность в этой области и подготовила Д. И. Менделеева к открытию периодической закономерности в изменении свойств элементов. Читая курс неорганической химии, в 1868г. он приступил к составлению учебника "Основы химии", который был издан в 1869г. Работая над ним, Д. И. Менделеев искал логическую основу для распределения материала второй части своего курса. Поиски привели его к мысли сопоставить группы сходных элементов. При этом он заметил, что все элементы можно расположить в порядке возрастания атомных масс, объединив их в группы. Таким образом, и появилась первая таблица элементов, озаглавленная "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве". Д. И. Менделеев сразу же понял, что эта таблица не просто служит обоснованием логического плана расположения материала курса, а отражает определенный закон природы, устанавливающий тесную связь между всеми известными элементами.

6 марта 1869г. составленная Д. И. Менделеевым таблица была доложена на заседании Русского химического общества, а затем опубликована в журнале "Русское химическое общество".

В 1871г. он опубликовал две классические статьи о Периодическом законе: "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов" и "Периодическая закономерность химических элементов". Эти статьи явились обобщением огромной работы, выполненной Д. И. Менделеевым по уточнению формулировки открытого им закона и важнейших следствий и выводов из него. Здесь ученый впервые называет свое открытие Периодическим законом.

Излагая сущность открытого им закона, он формулировал его в следующих словах: "свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов". Появление в русской и иностранной печати сообщений и статей Д. И. Менделеева по периодическому закону, а также рефератов его статей и выход в свет "Основ химии", первого в истории курса, в котором расположение материала базировалось на Периодическом законе, мало обратило внимание со стороны ведущих химиков того времени.

Однако прошло всего лишь около 4 лет со времени предсказаний Д. И. Менделеева, как одно из них получило блестящее подтверждение. Известный французский химик-аналитик Лекок де Буабодран 27 августа 1875г. сообщил об открытии нового элемента, названного им галлием, и описал его свойства. Ознакомившись с работой французского ученого, Д. И. Менделеев тотчас пришел к выводу, что новый элемент есть не что иное, как предсказанный им экаалюминий. Он немедленно направил письмо Лекок де Буабодрану и заметку во французский журнал ("Доклады Парижской Академии наук"). Лекок де Буабодран был удивлен этим письмом и заметкой, опубликованной в журнале. Он не слышал о существовании химика Д. И. Менделеева и к тому же считал, что свойства нового элемента может лучше знать он, который открыл и экспериментально изучил их. Д. И. Менделеев писал, что определение Лекок де Буабордраном плотности этого элемента неточно; по расчетам Д. И. Менделеева, плотность галлия должна быть равна 6. Лекок де Буабодран повторил определение плотности элемента и нашел, что она равна 5,96.

Открытие галлия было блестящим доказательством предсказаний Д. И. Менделеева и произвело огромное впечатление в ученом мире. Его статьи, которые ранее оставались почти не замеченными, теперь привлекли всеобщее внимание.

В 1879г. шведский химик Л. Нильсон при исследовании минералов эвксенита и гадолинита открыл новый элемент, названный им скандием. Свойства этого элемента оказались в точности совпадающими с теми, которые были предсказаны Д. И. Менделеевым на основании периодического закона.

И, наконец, немецкий химик, профессор Горной академии во Фрейберге К. А. Винклер, анализируя минерал аргиродит, обнаружил в нем новый неизвестный элемент и назвал его германием. Свойства германия совпадали с предсказаниями Д. И. Менделеевым свойствами экасилиция.

Эти открытия были блестящим триумфом Периодического закона. Скептицизм и сомнения, существовавшие у некоторой части ученых по отношению к Периодическому закону, сменились полнейшей уверенностью в его величайшем научном значении. Периодический закон стал прочной базой для разнообразных исследований химиков и физиков всего мира. Настала эпоха систематического изучения всех элементов и возможных новых типов их соединения.

К концу прошлого столетия Периодический закон стал общепризнанным. Лежащие в его основе представления о вечности, неизменности атомов и уверенность, что относительная масса атомов одного и того же элемента строго одинакова, казались незыблемыми. Ученые-химики считали своей задачей открытие еще неизвестных элементов, которые должны занять пустующие клетки в Периодической системе Д. И. Менделеева. Однако новые блестящие открытия ученых подвергли Периодический закон серьезным испытаниям. Так, в 1892г. английский физик Р. Дж. Рэлей, исследуя плотность газов воздуха, нашел новый элемент, который был назван аргоном. В следующем году открыт еще один инертный газ – гелий, присутствие которого задолго до этого было спектроскопически обнаружено в солнечной атмосфере. Эти открытия поставили несколько в тупик Д. И. Менделеева, так как для этих элементов не находилось места в Периодической системе. Другой английский физик и химик У. Рамзай предложил аргон и гелий разместить в периодической системе в особый нулевой группе. У. Рамзай предсказал одновременно существование и других инертных газов и, пользуясь методом Д. И. Менделеева, заранее описал их возможные свойства. Действительно, вскоре были открыты неон, криптон и ксенон. Они составили нулевую группу инертных элементов и тем самым были существенным дополнением к Периодической системе. В настоящее время эти элементы формально нельзя назвать инертными, так как получены соединения для криптона и ксенона. Поэтому их теперь размещают в VIII группе Периодической системы.

Одним из важных следствий Периодического закона является современное учение о строении атома.

В конце XIX столетия был открыт электрон. Возникли первые модели строения атома, в основу которых положили гипотезу о равномерном распределении положительного и отрицательного электричества. Э. Резерфорд с помощью опытов сделал вывод, что основная масса вещества сосредоточена в ядре атома. Ядро же атома по сравнению с объемом всего атома имеет весьма малый объем. Весь положительный заряд сосредоточен в ядре. Вокруг положительно заряженного ядра атома движутся отдельные электроны в количестве, равном заряду ядра. На основании опытных данных Э. Резерфорд рассчитал заряд ядер некоторых атомов. Ван-ден-Брэк, сопоставивший результаты измерения заряда ядра атома, сделал следующее предположение: величина заряда ядра атома каждого химического элемента, измеренная в элементарных единицах заряда, равна атомному номеру, т. е. порядковому номеру, который данный элемент имеет в Периодической таблице.

Этот вывод позволил, наконец, понять истинную природу Периодического закона Д. И. Менделеева. стало ясно, что лежит в основе таблицы Д. И. Менделеева, чем отличаются атомы различных химических элементов и что определяет их химическую индивидуальность. Таким образом, все атомы по своему строению аналогичны, т. е. атом любого химического элемента состоит из ядра и электронов, количество которых определяется зарядом ядра.

В соответствии с теорией Н. Бора электроны в атоме располагаются по слоям, причем было найдено, что количество слоев в атоме элемента соответствует номеру периода Периодической системы.

В свете этих открытий Периодический закон Д. И. Менделеева в настоящее время формулируется так: "Свойства химических элементов находится в периодической зависимости от зарядов их атомных ядер, или порядкового номера элемента".

Основным и исходным пунктом таких грандиозных успехов в науке за сравнительно короткий срок, является открытие Д. И. Менделеева Периодического закона. В то же время эти открытия не только не умалили, а, наоборот, расширили горизонты Периодического закона, превратили его в могучий инструмент познаний природы. Он стал основой для дальнейшего развития науки. Сбылись пророческие слова Д. И. Менделеева, сказанные в Английском химическом обществе 23 мая 1889г. , о том, что Периодический закон, расширив горизонт зрения, как инструмент требует дальнейших улучшений для того, чтобы ясность видения еще новых дальнейших элементов была достаточна для полной уверенности.

Обращаясь к английским коллегам, он подчеркивал, что Периодический закон ждет не только новых приложений, но и усовершенствований.

Успехи современной химии, успехи атомной и ядерной физики, синтез искусственных элементов стали возможными благодаря Периодическому закону. Вместе с тем успехи атомной физики, а также открытие новых методов исследования, развитие квантовой механики, в свою очередь, расширили и углубили сущность Периодического закона. Развитие науки показало, что Периодический закон до конца еще не познан и не завершен, что он много шире и глубже, чем мог предположить Д. И. Менделеев, чем думали до недавнего времени ученые. Так, оказалось, что закону периодичности подчиняется не только строение внешних оболочек атома, но и тонкая структура атомных ядер. Очевидно, что закономерности, которые управляют сложным и во многом в настоящее время еще не понятым миром элементарных частиц, также имеют в своей основе периодический характер.

Будущее Периодической таблицы.

Попробуем заглянуть в будущее. Рассмотрим нижнюю часть таблицы подробно, введя в нее элементы, открытые в последние годы.

Химические свойства полученного в 1998г. элемента № 114 можно ориентировочно предсказать по положению в Периодической системе. Это – непереходной элемент, находящийся в группе углерода, и по свойствам должен напоминать свинец, расположенный над ним. Впрочем, химические свойства нового элемента недоступны для непосредственного изучения – элемент зафиксирован в количестве нескольких атомов и недолговечен.

У элемента - № 118 – целиком заполнены все семь электронных уровней. Поэтому вполне естественно, что он находится в группе инертных газов – над ним расположен радон. Таким образом, 7-й период таблицы Д. И. Менделеева завершен. Эффектный финал столетия!

В течение всего XXв. человечество в основном заполняло именно этот седьмой период, и сейчас он простирается от элемента № 87 – франция. Попробуем решить другой вопрос. Сколько же всего будет элементов в 8-м периоде? Поскольку прибавление каждого электрона соответствует появлению нового элемента, то просто надо сложить максимальное число электронов на всех орбиталях от s до g: 2+6+10+14+18=50. Долгое время так и предполагали, однако компьютерные расчеты показывают, что в 8-м периоде будет не 50, а 46 элементов. Итак, 8-й период будет простираться от элемента № 119 до № 164.

Внимательное рассмотрение Периодической системы позволяет отметить еще одну простую закономерность. p-Элементы впервые появляются во 2-м периоде, d-элементы – в 4-м, f-элементы – в 6-м. Получился ряд четных чисел: 2, 4, 6. эта закономерность определяется правилами заполнения электронных оболочек. Теперь понятно, почему g-элементы появятся в 8м периоде. Простое продолжение ряда четных чисел! Существует и более дальние прогнозы, но они основаны на достаточно сложных расчетах.

Очень интересно, существует ли теоретически последний элемент Периодической системы? Современные расчеты ответить на этот вопрос пока не могут, так что он наукой еще не решен.

Мы достаточно далеко зашли в наших прогнозах, может быть, даже в XXII в. , что, впрочем, вполне объяснимо. Попытаться бросить взгляд в отдаленное будущее – вполне естественное желание для каждого человека.

Заключение.

Значение Периодического закона и Периодической системы химических элементов

Д. И. Менделеева.

Периодический закон Д. И. Менделеева имеет исключительно большое значение. Он положил начало современной химии, сделал ее единой, целостной наукой. Элементы стали рассматриваться во взаимосвязи, в зависимости от того, какое место они занимают в Периодической системе. Как указывал Н. Д. Зелинский, Периодический закон явился "открытием взаимной связи всех атомов в мироздании".

Химия перестала быть описательной наукой. С открытием Периодического закона в нем стало возможным научное предвидение. Появилась возможность предсказывать и описывать новые элементы и их соединения. Блестящий пример тому – предсказание Д. И. Менделеевым существования еще не открытых в его время элементов, из которых для трех – Ga, Sc и Ge – он дал точное описание их свойств.

На основе закона Д. И. Менделеева были заполнены все пустые клетки его системы от элемента с Z=1 до Z=92, а также открыты трансурановые элементы. И сегодня этот закон служит ориентиром для открытия или искусственного создания новых химических элементов.

Периодический закон послужил основой для исправления атомных масс элементов. У 20 элементов Д. И. Менделеевым были исправлены атомные массы, после чего эти элементы заняли свои места в Периодической системе.

Большое общенаучное и философское значение Периодического закона и системы состоит в том, что он подтвердил наиболее общие законы развития природы (единства и борьбы противоположностей, перехода количества в качество, отрицание отрицания).

Учение о строении атома привело к открытию атомной энергии и использованию ее для нужд человека. Можно без преувеличения сказать, что Периодический закон является первоисточником всех открытий химии и физики XX в. Он сыграл выдающую роль в развитии других, смежных с химией естественных наук.

Периодический закон и система лежат в основе решения современных задач химической науки и промышленности. С учетом Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева ведутся работы по получению новых полимерных и полупроводниковых материалов, жаропрочных сплавов, веществ с заданными свойствами, по использованию ядерной энергии, исследуются недра Земли, Вселенная

Вещие слова Д. И. Менделеева: "Посев научный взойдет доля жатвы народной",- сбылись. В них все помыслы, желания. Великий ученый и патриот, он всегда останется для нас символом честности и трудолюбия, борьбы за интересы народа. Мы, его верные последователи, будем вечно чтить светлое имя Дмитрия Ивановича Менделеева. Я согласна с тем, что "феномен Менделеева" будет еще долго изучаться учеными разных специальностей.

Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева

Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделœеева

История открытия периодического закона. Основные этапы развития учения о периодичности

Лекция № 7

1. Попытки классификации химических элементов до Д.И.Менделœеева.

2. Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделœеева.

3. Открытие Д.И.Менделœеевым периодического закона и периодической системы.

4. Триумф периодического закона.

По мере возрастания числа открытых химических элементов возникла крайне важно сть их классификации и систематизации. Первую попытку сделал еще в конце XVIII века А.Лавуазье, выделив 4 класса: газы и флюиды (свет и тепло), металлы, неметаллы, ʼʼземлиʼʼ (оказавшиеся оксидами). Эта классификация положила начало многим другим попыткам.

В 1817 году немецкий ученый И.Доберейнер располагает всœе известные элементы отдельными триадами:1) Li, Na, K; 2)Ca, Sr, Ba; 3) P, As, Sb; 4) S, Se, Te; 5) Cl, Br, J; и обнаруживает интересную закономерность: масса атома среднего элемента равна среднеарифметическому из масс крайних элементов, к примеру:ArNa = (Ar Li + Ar K)/2 = (6, 94 + 39,1)/2 = 23.

Эта закономерность занимала умы многих химиков, и в 1857 году Ленсеен 60 известных к тому времени элементов располагает в 20 триад. Многие ученые понимали, что элементы связаны каким-то, пока неясным внутренним родством, однако причины открытых закономерностей не выявлялись.

Помимо таблиц с горизонтальным и вертикальным расположением элементов, были предложены и другие. Так, к примеру, французкий химик Шанкуртуа располагает 50 элементов по винтовой линии на поверхности цилиндра, помещая их на линии, в соответствии с атомным весом. Т.к. система заканчивалась теллуром, то эту систему назвали “теллуровый винт”. Многие сходные элементы на цилиндре оказались друг под другом по вертикалям. Это построение графически правильно выражало идею диалектического развития материи.

Интересно, что из его “винта” впервые выявилась аналогия, между водородом и галогенами, лишь недавно ставшая общепризнанной

Замеченная ученым периодическая повторяемость не нашла развития в нижней части цилиндра, где никакой аналогии по вертикали не наблюдалось.

В 1864-1865 годах появились две новые таблицы: английского ученого Дж.Ньюлендса и немецкого ученого Л.Мейера.

Ньюлендс исходил из идеалистических представлений о всœеобщей гармонии в природе, которая должна существовать и среди химических элементов.

Известные в то время 62 элемента он расположил в порядке возрастания их эквивалентов и подметил, что в данном ряду часто каждый 8-й как бы повторяет свойства каждого, условно считаемого за первый элемент.

H, Li, Be, B и т.д.; Na – девятый элемент повторяет свойства второго – Li, Ca – 17-ый повторяет свойства 10-го – Mg и т.д.

У него получилось 8 вертикальных столбцов – октав. Сходные элементы расположились на горизонталях. Выявленные закономерности он назвал ʼʼзаконом октавʼʼ. При этом, нарушений гармонии в таблице Ньюлендса было много: нет никакого сходства между Cl и Pt, S, Fe и Au.

И всœе же, заслуга Ньюленда несомненна: он первый подметил повторяемость свойств на 8-м элементе, привлек внимание к этому числу.

Таблица Лотара Мейера основана на сходстве элементов по их валентности по водороду.

К этому времени в химии было введено понятие валентность. С введением этого понятия химическое сходство приобрело количественное выражение. Так, к примеру, B и Si сходны по свойствам, но различны по валентности (B – 3, Si - 4). В таблице 6 вертикальных столбцов с 44 элементами. Мейер подмечает, что разность между относительными атомными массами сосœедних по каждому столбцу элементов отличается на закономерно возрастающие числа: 16, 16, 45, 45, 90. Он так же отмечает, что разность между Ar (Si) и Ar (Sn) ненормально велика (90 вместо 45). При этом, никаких выводов не сделал, а ведь таким выводом мог быть вывод о существовании в природе не известных тогда еще элементов.

Мейер, более чем кто - либо другой, был близок к открытию закона (он открыл периодическую зависимость атомных объёмов элементов), но не решился на смелые выводы.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, число попыток классификации элементов до Д.И.Менделœеева было около 50. Классифицировали химические элементы ученые из разных стран, и некоторые из них стояли на пороге открытия периодического закона Οʜᴎ искали сходство между явно сходными элементами, и не допускали наличия сходства между Na и Cl, к примеру, ᴛ.ᴇ. не допускали мысли, что всœе элементы – ступени развития единой материи, в связи с этим они не могли открыть всœеобщий закон природы и обнаружить единую систему элементов.

К концу 60-х годов XIX века выявились следующие предпосылки открытия периодического закона:

o установлены, близкие к современным, атомные массы элементов. (Дальтон, Берцелиус, Реньо, Канниццаро). В 1858 году, Канниццаро, используя метод определœения плотности газов для определœения их молекулярных масс, дал новую систему относительных атомных масс некоторых элементов. Таблица была далеко не полной, но атомные массы, за малым исключением, были точными;

o установлены “естественные группы” сходных элементов (Доберейнер, Петтенкофер, Дюма, Ленсеен, Штреккер, Одлинг, Ньюлендс, Мейер);

o развито учение о валентности химических элементов (Франкланд, Кекуле, Купер);

o открыто сходство кристаллических форм различных химических элементов (Гаюи, Митчерлих, Берцелиус, Розе, Раммельсберг).

Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Предпосылки открытия периодического закона и создания периодической системы Д.И.Менделеева" 2017, 2018.