Mendeljejevljev periodički zakon, suština i povijest otkrića. Otvaranje D.I.

Esej

“Povijest otkrića i potvrde periodičkog zakona D.I. Mendeljejev"

Sankt Peterburg 2007

Uvod

Periodični zakon D.I. Mendeljejev je temeljni zakon koji utvrđuje periodičku promjenu svojstava kemijskih elemenata ovisno o porastu naboja jezgri njihovih atoma. Otvorio D.I. Mendeljejev u veljači 1869. Kada se uspoređuju svojstva svih tada poznatih elemenata i vrijednosti njihovih atomskih masa (težina). Mendeljejev je prvi put upotrijebio izraz “periodički zakon” u studenom 1870., au listopadu 1871. dao je konačnu formulaciju periodičkog zakona: “... svojstva elemenata, a prema tome i svojstva jednostavnih i složenih tijela koja oni tvore, povremeno ovise o svojoj atomskoj težini.” Grafički (tabelarni) izraz periodičkog zakona je periodni sustav elemenata koji je razvio Mendeljejev.

1. Pokušaji drugih znanstvenika da izvedu periodični zakon

Periodni sustav, odnosno periodička klasifikacija elemenata bila je od velike važnosti za razvoj anorganske kemije u drugoj polovici 19. stoljeća. Taj je značaj trenutno kolosalan, jer je sam sustav, kao rezultat proučavanja problema strukture materije, postupno stekao stupanj racionalnosti koji se nije mogao postići poznavanjem samo atomskih težina. Prijelaz s empirijske pravilnosti na zakon krajnji je cilj svake znanstvene teorije.

Potraga za osnovom za prirodnu klasifikaciju kemijskih elemenata i njihovu sistematizaciju započela je davno prije otkrića Periodnog zakona. Poteškoće s kojima su se suočavali prirodoslovci koji su prvi počeli raditi na ovom području uzrokovane su nedostatkom eksperimentalnih podataka: početkom 19.st. broj poznatih kemijskih elemenata još uvijek je bio premalen, a prihvaćene vrijednosti atomskih masa mnogih elemenata bile su netočne.

Osim pokušaja Lavoisiera i njegove škole da klasificiraju elemente na temelju kriterija analogije u kemijskom ponašanju, prvi pokušaj periodičke klasifikacije elemenata pripada Döbereineru.

Döbereiner trijade i prvi sustavi elemenata

Godine 1829. njemački kemičar I. Döbereiner pokušao je sistematizirati elemente. Uočio je da se neki elementi sličnih svojstava mogu kombinirati u skupine od po tri, koje je nazvao trijadama: Li–Na–K; Ca–Sr–Ba; S–Se–Te; P–As–Sb; Cl–Br–I.

Suština predloženog zakon trijada Döbereiner je bio da je atomska masa srednjeg elementa trijade bila blizu polovine zbroja (aritmetičke sredine) atomskih masa dva ekstremna elementa trijade. Iako Döbereiner, naravno, nije uspio razbiti sve poznate elemente u trijade, zakon trijada jasno je ukazivao na postojanje veze između atomske mase i svojstava elemenata i njihovih spojeva. Svi daljnji pokušaji sistematizacije temeljili su se na postavljanju elemenata u skladu s njihovim atomskim masama.

Döbereinerove ideje razvio je L. Gmelin, koji je pokazao da je odnos između svojstava elemenata i njihovih atomskih masa mnogo složeniji od trijada. Godine 1843. Gmelin je objavio tablicu u kojoj su kemijski slični elementi raspoređeni u skupine prema rastućim veznim (ekvivalentnim) težinama. Elementi su bili sastavljeni od trijada, te tetrada i pentada (skupina od četiri i pet elemenata), a elektronegativnost elemenata u tablici glatko se mijenjala od vrha do dna.

1850-ih godina M. von Pettenkofer i J. Dumas predložili su tzv. diferencijalni sustavi usmjereni na prepoznavanje općih obrazaca u promjenama atomske težine elemenata, koje su detaljno razvili njemački kemičari A. Strecker i G. Chermak.

Početkom 60-ih godina XIX stoljeća. pojavilo se nekoliko djela koja su neposredno prethodila Periodičnom zakonu.

Spirala de Chancourtois

A. de Chancourtois rasporedio je sve u to vrijeme poznate kemijske elemente u jedan niz rastućih atomskih masa i primijenio rezultirajući niz na površinu cilindra duž linije koja izlazi iz njegove baze pod kutom od 45° u odnosu na ravninu valjka. baza (tzv zemljana spirala). Kada smo otvorili površinu cilindra, pokazalo se da se na okomitim linijama paralelnim s osi cilindra nalaze kemijski elementi sličnih svojstava. Dakle, litij, natrij, kalij su pali na jednu vertikalu; berilij, magnezij, kalcij; kisik, sumpor, selen, telur itd. Nedostatak de Chancourtoisove spirale bila je činjenica da su elementi potpuno drugačijeg kemijskog ponašanja bili na istoj liniji s elementima koji su bili slični po svojoj kemijskoj prirodi. Mangan je spadao u skupinu alkalijskih metala, a titan, koji s njima nije imao ništa zajedničko, u skupinu kisika i sumpora.

Newlandski stol

Engleski znanstvenik J. Newlands 1864. objavio je tablicu elemenata koja odražava njegov prijedlog zakon oktava. Newlands je pokazao da su u nizu elemenata poredanih prema rastućim atomskim težinama, svojstva osmog elementa slična svojstvima prvog. Newlands je ovoj ovisnosti, koja se zapravo javlja kod lakih elemenata, pokušao dati univerzalni karakter. U njegovoj tablici slični elementi bili su smješteni u horizontalnim redovima, ali su u istom redu često bili elementi potpuno različitih svojstava. Osim toga, Newlands je bio prisiljen smjestiti dva elementa u neke ćelije; konačno, stol nije sadržavao nijedno prazno mjesto; Kao rezultat toga, zakon oktava je prihvaćen s krajnjim skepticizmom.

Odlingove i Meyerove tablice

Iste 1864. pojavila se prva tablica njemačkog kemičara L. Meyera; uključivao je 28 elemenata, raspoređenih u šest stupaca prema njihovim valencijama. Meyer je namjerno ograničio broj elemenata u tablici kako bi naglasio pravilnu (slično Döbereinerovim trijadama) promjenu atomske mase u nizu sličnih elemenata.

Godine 1870. Meyer je objavio rad koji je sadržavao novu tablicu pod naslovom "Priroda elemenata kao funkcija njihove atomske težine", koja se sastojala od devet okomitih stupaca. Slični elementi nalazili su se u vodoravnim redovima tablice; Meyer je ostavio neka polja prazna. Tablica je popraćena grafikonom ovisnosti atomskog volumena elementa o atomskoj težini, koji ima karakterističan oblik zuba pile, savršeno ilustrirajući pojam "periodičnost", koji je u to vrijeme već predložio Mendeljejev.

2. Što je učinjeno prije dana velikog otkrića

Pretpostavke za otkriće periodičkog zakona treba tražiti u knjizi D.I. Mendeleev (u daljnjem tekstu D.I.) “Osnove kemije”. Prva poglavlja 2. dijela ove knjige D.I. napisao je početkom 1869. Prvo poglavlje bilo je posvećeno natriju, 2. - njegovim analogima, 3. - toplinskom kapacitetu, 4. - zemnoalkalijskim metalima. Do dana kada je otkriven periodni zakon (17. veljače 1869.), on je vjerojatno već zacrtao pitanje odnosa između takvih polarnih suprotnih elemenata kao što su alkalijski metali i halogenidi, koji su bili bliski jedni drugima u smislu njihove atomičnosti (valentnosti ), kao i pitanje odnosa između samih alkalijskih metala u smislu njihove atomske težine. Također se približio pitanju zbližavanja i usporedbe dviju skupina polarno suprotnih elemenata prema atomskim težinama njihovih članova, što je zapravo već značilo napuštanje načela raspodjele elemenata prema njihovoj atomičnosti i prelazak na načelo njihove atomske mase. raspodjela prema atomskim težinama. Taj prijelaz nije bio priprema za otkriće periodičkog zakona, već početak samog otkrića

Do početka 1869. značajan dio elemenata bio je spojen u zasebne prirodne skupine i obitelji na temelju zajedničkih kemijskih svojstava; Uz to, drugi dio njih bili su raštrkani, izolirani pojedinačni elementi koji nisu bili ujedinjeni u posebne skupine. Sljedeće se smatra čvrsto utvrđenim:

– skupina alkalijskih metala – litij, natrij, kalij, rubidij i cezij;

– skupina zemnoalkalijskih metala – kalcij, stroncij i barij;

– skupina kisika – kisik, sumpor, selen i telur;

– skupina dušika – dušik, fosfor, arsen i antimon. Osim toga, ovdje je često dodan bizmut, a vanadij se smatrao nepotpunim analogom dušika i arsena;

– skupina ugljika – ugljik, silicij i kositar, a titan i cirkonij smatrani su nepotpunim analozima silicija i kositra;

– skupina halogena (halogeni) – fluor, klor, brom i jod;

– skupina bakra – bakar i srebro;

– skupina cinka – cink i kadmij

– obitelj željeza – željezo, kobalt, nikal, mangan i krom;

– obitelj platinskih metala – platina, osmij, iridij, paladij, rutenij i rodij.

Situacija je bila kompliciranija s elementima koji se mogu svrstati u različite skupine ili obitelji:

– olovo, živa, magnezij, zlato, bor, vodik, aluminij, talij, molibden, volfram.

Osim toga, bili su poznati brojni elementi čija svojstva još nisu bila dovoljno proučena:

– obitelj elemenata rijetkih zemalja – itrij, erbij, cerij, lantan i didimij;

– niobij i tantal;

– berilij;

3. Dan velikog otkrića

DI. bio vrlo svestran znanstvenik. Odavno se jako zanimao za pitanja poljoprivrede. Blisko je sudjelovao u aktivnostima Slobodnog ekonomskog društva u Sankt Peterburgu (VEO), čiji je bio član. VEO je organizirao artelsku proizvodnju sira u nizu sjevernih provincija. Jedan od inicijatora ove inicijative bio je N.V. Vereščagina. Krajem 1868. t.j. dok je D.I. završio izdanje. 2 svoje knjige Vereščagin se obratio VEO sa zahtjevom da pošalje jednog od članova Društva kako bi na licu mjesta pregledao rad artelskih sirana. Pristanak na ovakav izlet iskazali su D.I. U prosincu 1868. ispitao je nekoliko artelskih sirana u Tverskoj guberniji. Za dovršetak pregleda bilo je potrebno dodatno službeno putovanje. Polazak je bio točno zakazan za 17. veljače 1869. godine.

Ako D.I. mogao unaprijed znati da će točno 17. veljače krenuti u nova kemijska istraživanja i da će mu naknadna obrada rezultata oduzeti toliko vremena, malo je vjerojatno da bi 2 dana prije otvaranja dobio odsustvo sa sveučilišta gdje je radio da bi putovao u niz provincija, počevši od 17. veljače 1869

Pogledajmo kako je protekao dan 17. veljače i koji su ga događaji iz života i rada ispunili. U vezi s tim događajima, D.I. nije mogao na vrijeme otići u tvornice sira i bio je prisiljen ostati u Sankt Peterburgu do početka ožujka. Cijelo to vrijeme bio je zaokupljen dovršavanjem i obradom periodičkog zakona i njegovim prvim objavljivanjem u obliku tablice elemenata.

Kako bismo bolje sagledali kako je otkriće teklo, istaknimo nekoliko faza kroz koje je prošlo tijekom ovog jednog dana:

1) početna faza, kada je D.I. pronašao je novo načelo raspodjele elemenata, praveći izračune na osnovu pisma koje je upravo primio od Khodneva;

2) faza izrade prve dvije nepotpune skice glavnog dijela budućeg sustava elemenata;

3) faza sastavljanja kartica elemenata za "kemijski pasijans";

4) odlučujuća faza - izrada cjelovitog nacrta cijelog sustava;

5) završna faza - prepisivanje novootkrivenog sustava elemenata radi tiskanja.

Na dan odlaska D.I. primio dopis potpisan od strane tajnika VEO A.I. Khodneva. D.I., prema suvremenicima, često je koristio poleđinu slova za svoja znanstvena istraživanja. A budući da ga je neumoljivo progonila misao o pronalaženju općeg obrasca svojstava elemenata, nije čudno da je, primivši pismo, počeo na njemu izrađivati ​​skice budućeg sustava elemenata.

DI. uspoređivali ne pojedinačne elemente, već skupine elemenata sličnih svojstava. Započeo je usporedbom skupine alkalijskih metala i halogenida. Zatim sam dugo tražio prijelaz s alkalijskih na zemnoalkalijske metale. Pretpostavio je da između njih treba postojati tzv. “prijelaznih” metala (Cu, Ag, Hg), a onda su zemnoalkalijske metale ipak smjestili iza alkalnih, zaobilazeći prijelazne.

Slijedile su dvije nepotpune tablice elemenata, sastavljene na jednom listu papira, u kojima je D.I. nastavio je sastavljati varijante buduće tablice iz skupina elemenata i pojedinačnih elemenata koji nisu uključeni u skupine.

Odlučujući korak prema otkriću periodičkog zakona bio je taj što je D.I. pokušao usporediti atomske težine skupina nesličan elementi. U početku D.I. namjeravao izgraditi svoj sustav na temelju načela atomičnosti (valencije) elemenata. Međutim, tada je prešao na princip raspodjele na temelju atomske mase elemenata. No, načelo atomičnosti nije odbačeno, primijenjeno je zajedno s novim načelom. Tako je Mendeljejev izgradio svoje grupe ne samo na temelju zajedničkih kemijskih svojstava elemenata, već i na temelju njihove identične valencije. I kada je sastavljao buduće periode tablice, primijetio je prirodnu promjenu valencije od 1 do 4 pri prelasku iz Li u C, a zatim ponovno na 1 pri prelasku na F.

Prilikom sastavljanja donje nepotpune tablice elemenata za D.I. postalo je jasno da je riješen samo prvi, daleko od najtežeg zadatka - postavljanje već prilično proučenih elemenata u središnji dio budućeg stola. Najsloženiji i najteži dio zadatka bio je s postavljanjem elemenata na periferiji novonastalog sustava.

Kao rezultat izrade skica dviju nepotpunih tablica elemenata na posebnom listu papira, pokazala se nesavršenost metode izrade cjelovite tablice elemenata, koja je trebala obuhvatiti sve elemente. Ako je položaj jednog ili drugog elementa nejasan, taj bi se element morao više puta pomicati s mjesta na mjesto; tada bi tablica bila ispunjena brisanjem i izmjenama, što ne bi omogućilo brzu navigaciju prilikom postavljanja novih elemenata. Bilo je potrebno pronaći neku fleksibilniju, mobilniju metodu koja bi nam omogućila da u svakom trenutku vidimo sliku rasporeda elemenata kao u čistom obliku, nezamućenu prethodnim prijenosima, ispravcima i brisanjama. D. Pronašao sam ovu tehniku ​​u karticama s ispisanim elementima. Takve karte se lako mogu presložiti, imajući pred očima cjelokupnu sliku raspodjele elemenata postignutu u ovom trenutku. Istodobno, bilo je moguće u bilo kojem trenutku pregledati kartice onih elemenata koji još nisu bili uključeni u tablicu. Tako je nastala tehnika koju je A.E. Fersman ga je vrlo prikladno nazvao "pasijans".

Sve 63 karte D.I. podijeljeni u četiri kategorije na temelju njihove prevalencije i znanja. Kategorija 1 uključuje 14 elemenata koji su sveprisutni i čine glavni materijal vidljivih tijela: Al, C, Ca, Cl, Fe, H, K, Mg, N, Na, O, P, S, Si. Zbog svoje rasprostranjenosti ti su elementi trebali biti među dobro istraženim. 2. kategorija uključuje elemente (21) koji se nalaze u slobodnom obliku ili u obliku spojeva, iako nisu svugdje rasprostranjeni ili se nalaze u malim količinama: Ag, As, Au, B, Ba, Bi, Br, Co, Cr , Cu , F, Hg, I, Mn, Ni, Pb, Pt, Sb, Sn, Sr, Zn. Ti su elementi također trebali biti među onima koji su dobro proučeni. Kategorija 3 uključuje 18 rijetkih, ali dobro proučenih elemenata: Be, Ce, Cd, Cs, In, Ir, Li, Mo, Os, Pd, Rb, Se, Te, Tl, Ur, Wo, Y. B 4 Prva kategorija uključeno je 10 rijetkih i malo proučenih elemenata: Di, Er, La, Nb, Rh, Ru, Ta, Th, Va, Zr. Nakon toga, D.I. mogao napraviti neke permutacije stavki između prve tri kategorije i posljednje kategorije. Kada su karte svih 63 elementa bile spremne, D.I. a da još nije pribjegao "kemijskom pasijansu", uspostavio je postupak za uključivanje pojedinačnih kategorija elemenata u svoj nadolazeći sustav. Ali budući da su svi elementi sada bili prikazani na kartama, može se pretpostaviti da je njihova podjela u različite kategorije bila izražena u podjeli karata na nekoliko hrpa. Vjerojatno je prije svega u tablicu trebalo uključiti najproučavanije elemente i to one čije su veze nedvojbeno razjašnjene u prethodnoj fazi otkrića periodičkog zakona. Pri određivanju redoslijeda uvrštavanja elemenata u tablicu predznak izdašnosti nije bio bitan, dok je atomska težina dobila odlučujući značaj. U tablicu su prvo uneseni lakši, a zatim teži elementi. Prva hrpa je najviše proučavan element; sljedeće dvije hrpe manje su proučavani elementi; od ovih, drugi je "lagani", treći su "teški" elementi; četvrti – slabo proučeni elementi. Podijelivši karte svih elemenata na hrpe, D.I. Time je određen opći redoslijed za sastavljanje tablice elemenata.

Do vremena kad je igra pasijansa, otkriće periodičkog zakona ušlo je u svoju odlučujuću fazu. Odlučujuća uloga atomske težine u usporedbi skupina različitih elemenata potpuno je razjašnjena. Središnji dio budućeg sustava elemenata formiran je u svojoj jezgri. Ostaje “samo” jedno: dokazati univerzalni karakter principa, koji je već dokazan u njegovoj primjeni na središnjem dijelu tablice. Ali to "samo" predstavlja glavnu, još uvijek nepremostivu poteškoću u stvaranju periodnog sustava elemenata.

Kada je dovršio konstrukciju svoje tablice elemenata, D.I. nastavio koristiti istu tehniku ​​uspoređivanja skupina različitih elemenata, uz pomoć koje je počeo graditi ovu tablicu u prvim unosima na Khodnevovom pismu, te u obje nepotpune ploče. Tako je prikazom karata elemenata na temelju postojećih informacija otkriven periodni zakon.

Kada je otkriven periodični zakon i sastavljen sustav elemenata u njegovoj prvoj verziji, preostalo je formalizirati postignuti rezultat u obliku prazne tablice, prema kojoj su se drugi znanstvenici mogli upoznati s otkrićem D.I. Prilikom prepisivanja tablice D.I. napravio je sljedeće promjene: elementi u njemu nisu poredani u silaznom redoslijedu, već u rastućem redoslijedu atomskih težina, tj. teži elementi su potpisani ispod lakših, a na onim mjestima gdje je bilo praznina i gdje je bilo moguće pretpostaviti nepoznate elemente, D.I. stavio upitnik i navodno izračunao atomske težine.

Predavši rukopis “Iskustvo sustava elemenata” u tiskaru na slaganje, D.I. Nisam mogao otići iz St. Petersburga u tvornicu sira dok nisu stigli dokazi. Regrutacija je trajala, a to je bilo D.I.-jevo vrijeme. koristio da sažme i obradi otkriće koje je napravio u obliku članka, iznoseći u njemu ono što je sadržano u "Iskustvu o sustavu elemenata". U vrijeme pisanja ovog članka, D.I. je već sastavio mnogo različitih verzija sustava elemenata na temelju njihove atomske težine. Svoj je članak naslovio “Odnos svojstava s atomskom težinom elemenata”

U svom članku D.I. je napisao: “Uvjeren prethodnom tablicom da atomska težina elemenata može poslužiti kao oslonac za njihov sustav, u početku sam poredao elemente kontinuiranim redoslijedom prema veličini atomske težine i odmah primijetio da postoje neki prekidi u niz tako postavljenih elemenata.” Analizirajući ovu i druge izjave D.I., možemo zaključiti da je D.I. prvo sastavio svoje “Iskustvo o sustavu elemenata” (usporedbom grupa elemenata), a zatim se uvjerio da bi atomska težina mogla biti osnova sustava elemenata. Nakon ovoga D.I. počeo dalje proučavati obrazac koji je otkrio, i započeo ovo daljnje proučavanje raspoređivanjem svih elemenata u kontinuirani niz rastućim redoslijedom njihove atomske težine. Time se pobija mišljenje nekih kemičara da je isprva D.I. sastavio opći niz elemenata prema njihovoj atomskoj težini, a tek nakon toga uočio je periodičnost u promjeni svojstava; zatim je opći niz podijelio na razdoblja i od tih segmenata sastavio svoje “Iskustvo o sustavu elemenata”. Cjelokupni sadržaj članka nepobitno ukazuje da je u ovom članku D.I. odrazio, generalizirao i sažeo put kojim je krenuo 17. veljače 1869. godine stvarajući periodni sustav elemenata.

4. Nakon dana velikog otkrića

U ožujku 1869., odmah nakon završetka članka "Odnos svojstava s atomskom težinom elemenata", D.I. otišao u artelske sirane. Uoči svog odlaska, 1. ožujka 1869., mnogim je kemičarima poslao ispisani list s “Iskustvom o sustavu elemenata”. Dana 6. ožujka na sastanku Ruskog kemijskog društva dano je izvješće o sustavu elemenata.

Zbog nedolaska D.I. u St. Petersburgu izvješće o njegovom otkriću napravio je profesor N.A. Menšutkina. S tim u vezi, kasnije su nastale razne legende o ovom pitanju. Najraširenija je bila legenda o izmišljenoj bolesti D.I., koju je širio B.N. Menšutkina (sin N.A. Menšutkina). I M.N. Mladencev je ponudio potpuno nevjerojatno objašnjenje: “Prva poruka je objavljena 6. ožujka 1869. Na sastanku Kemijskog društva prof. NA. Menšutkina, budući da je sam D.I. očito bio zabrinut i nije se usudio progovoriti, iako mu je bio jasan veliki značaj ovog otkrića. Sve te legende ni na koji način nisu istinite. Povod Menšutkinovom govoru umjesto Mendeljejeva bio je sasvim drugi.

5. Primjena D.I. Mendeljejevske metode znanstvene spoznaje

Znanstveno otkriće takve veličine kao što je otkriće periodičkog zakona ne bi moglo biti ostvareno u tako kratkom roku da njegov autor nije savršeno ovladao istinski znanstvenom metodom spoznaje, metodom znanstvenog istraživanja prirodnih pojava.

1) Metoda penjanja.

Metoda uspona odgovara kretanju znanja od neposredno danog, početnog, do onoga što se otkriva tek neizravno, uz pomoć apstraktnog mišljenja. Prema tome, metoda uzdizanja u najopćenitijem obliku izražava činjenicu da se razvoj misli u tijeku znanstvenog znanja, kao ni svaki razvoj, ne odvija kaotično, već u određenom smjeru, strogo sekvencijalno. sam D.I je napisao: “Znanje i potpuno posjedovanje predmeta sastoji se od tri stupnja: 1) promatranje, iznošenje činjenice, vidim, ali ne znam kako to učiniti, zašto, itd. Odgovara opisu, proučavanju činjenica. 2) Korelacija neke činjenice s nekim drugim je zakon, mjerenje odgovara tome. 3) Teorija je unutarnja veza s cjelovitim svjetonazorom... počinje hipotezom, završava teorijskim otkrivanjem novih pojava, zaključkom iz samo jedne pozicije. To odgovara predviđanju fenomena u njegovoj apsolutnoj točnosti, otkrivanju novih fenomena.”

Dakle, postaje jasno da je, suprotno mišljenjima koja postoje u našoj literaturi, D.I. nije bio pristaša samo induktivne metode. Indukcija u njezinu ispravnom razumijevanju D.I. ne suprotstavlja dedukciji, nego je zapravo razmatra u jedinstvu s njom.

Ovom metodom spoznaje dolazi do prijelaza iz najjednostavnijih "stanica", kako ih je sam nazvao D.I. na općenitije zakone. Takva "stanica" bila je razmatranje u 1. dijelu "Osnova kemije" kuhinjske soli NaCl. Možemo reći da je, odabravši NaCl kao polaznu tvar pri izlaganju sustavnog dijela kemije, D.I. Izabrao sam nešto jednostavno, obično, što se mnogo puta sreće u ljudskoj praksi. Upravo bi to trebala biti “stanica” znanosti od koje treba krenuti prezentacija te znanosti. Činjenica je da su u ovom spoju predstavnici dvaju najkarakterističnijih, a polarno suprotnih kemijskih elemenata - Na i Cl - već dati u njihovoj prirodnoj povezanosti (kemijskoj), polazeći od omjera oba ova elementa koja postoje u samoj prirodi. , D.I. Odmah sam pronašao ključ za daljnji razvoj svoje kreativne misli. Tu se javila potreba da se usporede dvije skupine međusobno najrazličitijih elemenata - halogeni i alkalijski metali.

Također treba napomenuti da je tijekom cijelog otkrića D.I. strogo pridržavao utvrđenog slijeda – kretanje od poznatog prema nepoznatom i od poznatijeg prema manje poznatom.

Svaki zakon u znanosti ustanovljen je kao rezultat generalizacije. Dakle, razmatranje metode uspona izravno dovodi do razmatranja druge, srodne metode, koja se može nazvati metodom generalizacije.

2) Metoda generalizacije. Prijelaz iz partikularnog u univerzalno.

Put do spoznaje bilo kojeg zakona prirode povijesno i sasvim prirodno prolazi kroz zasebne faze. Općenito, mogu se razlikovati tri takve faze:

a) Polazište je zbirka ili akumulacija pojedinačnih, pojedinačnih činjenica vezanih uz niz pojava koje se proučavaju. Registrirajući svaku takvu pojedinačnu činjenicu, izražavamo svoj rezultat u obrascu singularnost .

b) Kako se pojedinačne činjenice gomilaju, kako bismo izbjegli stvaranje nerazlučivog kaosa podataka, grupiramo ili klasificiramo prikupljeni materijal. Sve slično spajamo u jednu posebnu skupinu, izdvajajući je od jednako posebnih kategorija ili skupina. Sukladno tome, sada postignuti rezultat izražavamo u obrascu osobitosti .

c) Podjela poznatih činjenica u posebne skupine međusobno odvojene na temelju njihovih posebnih svojstava i na temelju uzimanja u obzir sličnosti nasuprot razlikama leži na temelju umjetnih ili formalnih klasifikacija. Prirodna klasifikacija pretpostavlja, prije svega, otkrivanje zajedničke značajke ili zajedničke osnove koja leži u temelju čitavog danog niza pojava i spaja sve različite skupine. Sukladno tome, nakon razine posebnosti uvijek slijedi ona najviša razina znanja na kojoj se otkriva zakon prirode. Otkrivanjem zakona prirode postignuti rezultat izražavamo u obliku univerzalnost .

Dakle, put do spoznaje zakona je put kretanja znanstvene misli od singularnosti (svojstva pojedinih elemenata) do singularnosti (skupina elemenata sličnih svojstava) i od singularnosti do univerzalnosti (periodički zakon).

Razvoj znanstvenog znanja, koji ide od individualnog preko partikularnog do univerzalnog, može se okarakterizirati prema tome kako su različite karike u općem lancu kretanja znanstvene misli logički povezane jedna s drugom. Ako se ukupnost svih međusobno povezanih elemenata uzme kao cjelina, tada podjelu elemenata na različite skupine koje su međusobno odvojene možemo smatrati podjelom cjeline na dijelove. U tom će slučaju prijelaz s pojedinačnih, izoliranih skupina na opći sustav djelovati kao prijelaz s analize na sintezu. Naprotiv, izdvajanje ili izdvajanje pojedinih skupina elemenata iz općeg sustava značit će obrnuto kretanje od sintetičkog pristupa prema analitičkom. Zapravo, cijela faza rastavljanja elemenata u njihove prirodne skupine je faza analize, ako se promatra u odnosu na ukupnost kemijskih elemenata. Ali istodobno, ako ga uzmemo u odnosu na pojedine elemente, on već djeluje kao priprema za prijelaz u sintezu kroz sjedinjavanje elemenata u neke nove cjeline - skupine, iz kojih će se, poput građevnih cigli, moći izgraditi zgradu cjelovitog sustava, koji pokriva sve elemente, one. provesti teorijsku sintezu. Tijekom otkrića periodičkog zakona i stvaranja sustava elemenata jasno se očitovao odnos sinteze i analize u spoznajnom procesu - pripremna funkcija analize i završna funkcija sinteze.

3) Komparativna metoda

Bit metode koju je D.I. nazvan komparativnim, sastoji se u tome što se elementi ne razmatraju izolirano, ne sami za sebe, nego u njihovoj općoj međusobnoj vezi i u njihovim međusobnim odnosima. Već u prvim fazama svoje uporabe, komparativna metoda je dala veliku dobit, jer je omogućila ne samo međusobnu usporedbu različitih skupina elemenata, već i provjeru ispravnosti njihove usporedbe, te u tom pogledu , koliko su pravilno sastavljene same grupe.

Kao polazište za razvoj i primjenu komparativne metode, usporedba atomskih težina dovela je izravno do formulacije samog periodičkog zakona, temeljenog na spoznaji da “veličina atomske težine određuje prirodu elementa. .”.

Razvoj D.I. Komparativni pristup proučavanju elemenata rezultirao je 17. veljače 1869. specifičnim zadatkom: stvoriti opći sustav iu njemu pronaći prirodno mjesto za svaku skupinu, a time i za svaki pojedini element.

S jedne strane, periodični zakon otkriven je komparativnom metodom, as druge, njegovo otkriće bilo je snažan poticaj za daljnje usavršavanje ove metode.

Zaključak

periodično mendeleevsko znanje znanstveni

Za razliku od svojih prethodnika, Mendelejev nije samo sastavio tablicu i ukazao na prisutnost nedvojbenih obrazaca u numeričkim vrijednostima atomskih težina, već je također odlučio nazvati te obrasce općim zakonom prirode. Na temelju pretpostavke da atomska masa unaprijed određuje svojstva elementa, uzeo si je slobodu promijeniti prihvaćene atomske težine nekih elemenata i detaljno opisati svojstva još neotkrivenih elemenata.

DI. Mendeljejev se mnogo godina borio za priznavanje Periodnog zakona; njegove su ideje dobile priznanje tek nakon što su otkriveni elementi koje je predvidio Mendeljejev: galij (P. Lecoq de Boisbaudran, 1875.), skandij (L. Nielsen, 1879.) i germanij (K. Winkler 1886.) - odnosno eka-aluminij, eka-bor i eca-silicij. Od sredine 1880-ih, periodni zakon je definitivno priznat kao jedan od teorijskih temelja kemije.

Iako je Mendeljejevljeva klasifikacija imala značajne prednosti koje su pridonijele njenom brzom širenju i razvoju u vodeći kriterij za istraživanja u području anorganske kemije, nije bila posve bez nedostataka. Prvi nedostatak tablice bio je taj što je vodik, kao jednovalentan element, stavljen na početak I. skupine. Smještanje elemenata bakra, srebra i zlata u skupinu I zajedno s alkalijskim metalima i u skupinu VIII zajedno s metalima skupine željeza i skupine platine očito je nedosljedno. Ostale abnormalnosti vide se u skupinama VI, VII i VIII.

Da bi periodni sustav dobio još veću prediktivnu moć i da bi se unaprijedio, važni su bili radovi na anorganskoj kemiji koji su se odvijali u posljednjim desetljećima 19. stoljeća. Poticaj za reviziju klasifikacije bilo je istraživanje rijetkih zemalja, što je dovelo do izolacije mnogih elemenata koji se nisu podvrgli uobičajenoj metodi klasifikacije, te do otkrića plemenitih plinova od strane Ramsaya i Rayleigha.

Početkom 20. stoljeća periodni sustav elemenata je više puta modificiran kako bi se uskladio s najnovijim znanstvenim podacima. DI. Mendeleev i U. Ramsay došli su do zaključka da je potrebno formirati nultu skupinu elemenata u tablici, koja uključuje inertne plinove. Inertni plinovi su stoga prijelazni elementi između halogena i alkalnih metala. B. Brauner pronašao je rješenje problema smještanja elemenata rijetke zemlje u tablicu, predloživši 1902. da se svi elementi rijetke zemlje smjeste u jednu ćeliju; u dugoj verziji tablice koju je on predložio, šesto razdoblje tablice bilo je dulje od četvrtog i petog, koje su pak bile dulje od drugog i trećeg razdoblja.

Daljnji razvoj Periodnog zakona povezan je s uspjesima fizike: utvrđivanje djeljivosti atoma na temelju otkrića elektrona i radioaktivnosti u konačnici je omogućilo razumijevanje razloga periodičnosti svojstava kemijskih elemenata i stvoriti teoriju periodnog sustava.

Snažan poticaj novim istraživanjima unutarnje prirode elemenata dalo je 1898. otkriće radija i kompleksa fenomena poznatog kao radioaktivnost od strane Curievih.

Za kemiju je ozbiljan problem bila potreba da se u periodni sustav smjeste brojni produkti radioaktivnog raspada koji imaju sličnu atomsku masu, ali značajno različita vremena poluraspada. T. Svedberg je 1909. dokazao da su olovo i neon, dobiveni kao rezultat radioaktivnog raspada i koji se razlikuju po atomskoj masi od “običnih” elemenata, kemijski potpuno identični njima. Godine 1911. F. Soddy je predložio da se kemijski nerazlučivi elementi s različitim atomskim masama (izotopi) smjeste u jednu ćeliju tablice.

Godine 1913. engleski fizičar G. Moseley ustanovio je da korijen karakteristične frekvencije rendgenskog zračenja elementa (n) linearno ovisi o cjelobrojnoj vrijednosti - atomskom broju (Z), koji se podudara s brojem elementa u periodnom sustavu:

gdje su A i b konstante

Moseleyjev zakon omogućio je eksperimentalno određivanje položaja elemenata u periodnom sustavu elemenata. Atomski broj, koji se, kako je nizozemski fizičar A. Van Den Broek predložio 1911., podudara s pozitivnim nabojem atomske jezgre, postao je osnova za klasifikaciju kemijskih elemenata. Godine 1920. engleski fizičar J. Chadwick eksperimentalno je potvrdio Van den Broekovu hipotezu; tako je otkriveno fizičko značenje rednog broja elementa u periodnom sustavu. Periodički zakon dobio je modernu formulaciju: "Svojstva jednostavnih tvari, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, periodički ovise o nabojima jezgri atoma elemenata."

Godine 1921.–1923., na temelju Bohr-Sommerfeldovog modela atoma, koji je predstavljao kompromis između klasičnih i kvantnih koncepata, N. Bohr je postavio temelje formalne teorije periodnog sustava elemenata. Razlog periodičnosti svojstava elemenata, kako je pokazao Bohr, bilo je periodično ponavljanje strukture vanjske elektroničke razine atoma.

Popis korištenih izvora

1. Kedrov B.M. Dan jednog velikog otkrića. – M.: Editorial URSS, 2001. – 640 str.

2. Akhmetov N.S. Aktualna pitanja iz kolegija anorganske kemije. – M.: Obrazovanje, 1991. – 224 str.

3. Korolkov D.V. Osnove anorganske kemije. – M.: Obrazovanje, 1982. – 271 str.

4. Jua M. Povijest kemije. – M.: Mir, 1975. – 480 str.

Preduvjeti za otkriće periodičkog zakona i stvaranje periodičnog sustava D.I

Pokušaji klasifikacije kemijskih elemenata prije D.I. Mendeljejeva

Povijest otkrića periodičkog zakona. Glavne faze u razvoju doktrine periodičnosti

Predavanje br.7

1. Pokušaji klasificiranja kemijskih elemenata prije D.I.

2. Preduvjeti za otkriće periodičkog zakona i stvaranje periodičnog sustava D.I.

3. Otkriće D.I.Mendeleeva periodičnog zakona i periodnog sustava.

4. Trijumf periodičkog zakona.

Kako se broj otkrivenih kemijskih elemenata povećavao, njihova klasifikacija i sistematizacija postajala je izuzetno važna. Prvi pokušaj krajem 18. stoljeća napravio je A. Lavoisier, identificirajući 4 klase: plinovi i tekućine (svjetlost i toplina), metali, nemetali, "zemlje" (za koje se pokazalo da su oksidi). Ova je klasifikacija postavila temelj za mnoge druge pokušaje.

Godine 1817. njemački znanstvenik I. Dobereiner rasporedio je sve poznate elemente u zasebne trijade: 1) Li, Na, K; 2) Ca, Sr, Ba; 3) P, As, Sb; 4) S, Se, Te; 5) Cl, Br, J; i otkriva zanimljiv obrazac: masa atoma srednjeg elementa jednaka je aritmetičkoj sredini masa najudaljenijih elemenata, na primjer: ArNa = (Ar Li + Ar K)/2 = (6, 94 + 39,1 )/2 = 23.

Ovaj je obrazac zaokupio umove mnogih kemičara, a 1857. Lenseen je 60 do tada poznatih elemenata rasporedio u 20 trijada. Mnogi su znanstvenici shvatili da su elementi povezani nekim još uvijek nejasnim unutarnjim odnosom, ali razlozi za otvorene obrasce nisu identificirani.

Osim stolova s ​​horizontalnim i vertikalnim rasporedom elemenata, predloženi su i drugi. Tako, primjerice, francuski kemičar Chancourtois poreda 50 elemenata duž spiralne linije na površini cilindra, postavljajući ih na linije u skladu s njihovom atomskom težinom. Jer Budući da je sustav završavao u teluru, ovaj sustav je nazvan "telur vijak". Mnogi slični elementi na cilindru bili su vertikalno jedan ispod drugog. Ova konstrukcija je grafički ispravno izrazila ideju dijalektičkog razvoja materije.

Zanimljivo je da je iz njegovog "šrafa" prvi put proizašla analogija između vodika i halogena, koja je tek nedavno postala općeprihvaćena

Periodična ponovljivost koju je primijetio znanstvenik nije se razvila u donjem dijelu cilindra, gdje nije primijećena vertikalna analogija.

Godine 1864.-1865. pojavile su se dvije nove tablice: engleskog znanstvenika J. Newlandsa i njemačkog znanstvenika L. Meyera.

Newlands je polazio od idealističkih ideja o univerzalnom skladu u prirodi, koji bi trebao postojati i među kemijskim elementima.

Poredao je 62 elementa poznata u to vrijeme uzlaznim redoslijedom njihovih ekvivalenata i primijetio da u danom nizu često svaki 8. ponavlja svojstva svakog elementa, koji se konvencionalno smatra prvim elementom.

H, Li, Be, B, itd.; Na - deveti element ponavlja svojstva drugog - Li, Ca - 17. ponavlja svojstva 10. - Mg, itd.

Dobio je 8 okomitih stupaca - oktava. Slični elementi nalaze se na vodoravnim linijama. Nazvao je otkrivene obrasce "zakonom oktava". Istodobno, bilo je mnogo kršenja harmonije u Newlandskoj tablici: nema sličnosti između Cl i Pt, S, Fe i Au.

Pa ipak, Newlandova zasluga je nedvojbena: on je prvi primijetio ponovljivost svojstava na 8. elementu i skrenuo pozornost na ovaj broj.

Tablica Lothara Meyera temelji se na sličnosti elemenata prema njihovoj valenciji vodika.

U to vrijeme u kemiju je uveden koncept valencije. Uvođenjem ovog pojma kemijska sličnost dobila je kvantitativni izraz. Tako su, na primjer, B i Si slični po svojstvima, ali različiti po valenciji (B – 3, Si – 4). Tablica ima 6 vertikalnih stupaca sa 44 elementa. Meyer primjećuje da se razlika između relativnih atomskih masa susjednih elemenata u svakom stupcu razlikuje redovito rastućim brojevima: 16, 16, 45, 45, 90. Također primjećuje da je razlika između Ar (Si) i Ar (Sn) abnormalna super (90 umjesto 45). Pritom nije izveo nikakve zaključke, ali je takav zaključak mogao biti zaključak o postojanju u prirodi tada još nepoznatih elemenata.

Meyer je više nego itko drugi bio blizu otkrića zakona (otkrio je periodičku ovisnost atomskih volumena elemenata), ali se nije usudio donositi hrabre zaključke.

Međutim, broj pokušaja klasifikacije elemenata prije D.I. Mendeljejeva bio je oko 50. Znanstvenici iz različitih zemalja klasificirali su kemijske elemente, a neki od njih bili su na rubu otkrivanja periodičnog zakona; tražili su sličnosti između jasno sličnih elemenata, ali nisu dopuštaju postojanje sličnosti između Na i Cl, na primjer, ᴛ.ᴇ. nisu dopuštali ideju da su svi elementi stupnjevi razvoja jedne materije; stoga nisu mogli otkriti univerzalni zakon prirode i otkriti jedinstveni sustav elemenata.

Do kraja 60-ih godina 19. stoljeća otkriveni su sljedeći preduvjeti za otkriće periodičkog zakona:

o utvrđene su atomske mase elemenata, bliske suvremenim. (Dalton, Berzelius, Regno, Cannizzaro). Godine 1858. Cannizzaro je, koristeći metodu određivanja gustoće plinova za određivanje njihove molekulske mase, dao novi sustav relativnih atomskih masa pojedinih elemenata. Tablica je bila daleko od potpune, ali su atomske mase, uz nekoliko iznimaka, bile točne;

o uspostavljene su “prirodne skupine” sličnih elemenata (Dobereiner, Pettenkofer, Dumas, Lenseen, Strecker, Odling, Newlands, Meyer);

o razvijen je nauk o valenciji kemijskih elemenata (Frankland, Kekule, Cooper);

o otkrivena je sličnost kristalnih oblika raznih kemijskih elemenata (Hayuy, Mitscherlich, Berzelius, Rose, Rammelsberg).

Preduvjeti za otkriće periodičkog zakona i stvaranje periodnog sustava D.I. Mendeljejeva - pojam i vrste. Klasifikacija i značajke kategorije "Preduvjeti za otkriće periodičkog zakona i stvaranje periodnog sustava D.I. Mendeljejeva" 2017., 2018.

D. I. Mendeljejev počeo je proučavati sistematiku kemijskih elemenata na samom početku svoje znanstvene djelatnosti. Godine 1955.-1956. objavio je 2 rada o proučavanju izomorfizma i specifičnih volumena i utvrdio odnos između tih karakteristika i svojstava. Pomno je proučio i djela svojih prethodnika, podvrgnuo ih kritičkoj analizi, sistematizirao i generalizirao. U svom dnevniku je napisao: “Znanost se sastoji u pronalaženju općeg. Elementi imaju nešto zajedničko... Ali previše prepoznaju kao individualno... povezati te individualnosti sa zajedničkom idejom cilj je mog prirodnog sustava.”

D. I. Mendeljejev je započeo rad na stvaranju sustava elemenata u vezi sa svojim pedagoškim radom i pripremom svog poznatog udžbenika "Osnove kemije". Stoga je početni cilj koji si je postavio bio obrazovno-pedagoški.

Radeći na “Osnovama kemije” odlučio je usporediti halogene i alkalijske metale i došao do zaključka da su ti elementi, tako različiti po kemijskim svojstvima, bliski po atomskoj masi, pa ih je moguće spojiti u sustav elemenata. :

Ar (F) – 19 Ar (Cl) – 35,5 Ar (Br) – 80

Ar (Na) – 23 Ar (K) – 39 Ar (Rb) – 85,4

Ova usporedba bila je osnova tablice elemenata koju je D.I. Mendelejev sastavio od 64 elementa.

Usporedba različitih skupina elemenata prema njihovim atomskim masama dovela je do otkrića zakona u obliku "Iskustva sustava elemenata", koji je jasno otkrio periodičnu ovisnost svojstava elemenata o njihovim atomskim masama.

1. ožujka 1869. D.I. Mendeljejev poslao je kemičarima “Iskustvo o sustavu elemenata temeljeno na njihovoj atomskoj težini i kemijskoj sličnosti.”

Dana 6. ožujka 1869. godine, na sastanku Ruskog kemijskog društva, Menšutkin je u ime D.I. Mendeljejeva iznio izvješće o odnosu svojstava i atomskih masa elemenata. Glavni sadržaj je bio sljedeći:

1. Elementi raspoređeni prema svojim atomskim masama predstavljaju jasnu periodičnost svojstava.

2. Elementi sličnih kemijskih svojstava ili imaju sličnu atomsku masu (platina, iridij, osmij), ili se dosljedno i ravnomjerno povećavaju (kalij, rubidij, cezij).

3. Usporedba elemenata ili njihovih skupina prema atomskim masama odgovara njihovoj tzv. valenciji.

4. Elementi uobičajeni u prirodi imaju malu atomsku masu, a svi elementi s malom atomskom masom karakteriziraju jasno određena svojstva, pa su tipični.

5. Količina atomske mase određuje prirodu elementa.

6. Moramo čekati otkriće još mnogo nepoznatih elemenata, na primjer, sličnih aluminiju i siliciju, s atomskim masama od 65-75.

7. Atomska masa elementa ponekad se može ispraviti ako znate analoge tog elementa.

8. Neki analozi su otkriveni na temelju mase njihovog atoma.

Glavni zaključci iz ovih odredbi su da su fizikalna i kemijska svojstva elemenata periodički ovisna o njihovoj atomskoj masi.

Tijekom sljedeće dvije godine Mendeljejev je sastavio tablice atomskih volumena elemenata, koje su se također povremeno mijenjale. Kasnije se uvjerava da je najviša valencija elemenata također periodična funkcija.

Ta su otkrića omogućila prijelaz s "Iskustva periodnog sustava" na "prirodni sustav elemenata".

Godine 1871 D. I. Mendeljejev piše članak "Periodni zakon kemijskih elemenata" u kojem opisuje smjerove razvoja doktrine periodičnosti:

1. Bit zakona periodičnosti.

2. Primjena zakona na taksonomiju elemenata.

3. Primjena zakona na određivanje atomskih masa malo proučavanih elemenata.

4. Primjena zakona na određivanje svojstava još neotkrivenih elemenata.

5. Primjena zakona na korekciju atomskih masa elemenata.

6. Primjena zakona na dopunu podataka o formulama kemijskih spojeva.

Prvi put je dana jasna formulacija periodičkog zakona.

30.09.2015

U svjetskoj povijesti postoji dosta otkrića, zahvaljujući kojima je znanost dosegla novu razinu razvoja, čineći još jednu revoluciju u svom znanju. Ova revolucionarna postignuća potpuno su ili djelomično promijenila odnos prema rješavanju zadanih problema, a također su prisilila na opsežnije otkrivanje znanstvenog gledišta na ono što se događalo.

Datumom otvaranja periodičnog zakona smatra se 1896. U svom zakonu D.I. Mendeljejev nas tjera da drugačije gledamo na raspored elemenata u sustavu, dokazujući da svojstva elemenata, njihovi oblici, svojstva spojeva tih elemenata, svojstva tvari koje oni tvore, bile jednostavne ili složene, ovise o atomska masa. Gotovo odmah objavio je svoju prvu knjigu, "Osnove kemije", koja je također uključivala periodni sustav.

Postojali su mnogi preduvjeti za zakon; on nije nastao niotkuda; u njegovom nastanku bilo je puno rada raznih znanstvenika. Razvoj kemije na početku 19. stoljeća uzrokovao je mnoge poteškoće, budući da neki elementi još nisu bili otkriveni, a atomske mase već poznatih tvari bile su netočne. Prva desetljeća ovog stoljeća obilježena su takvim otkrićima temeljnih zakona kemije, među kojima su zakoni proporcija i volumena, Dulong i Petit i drugi.

Ta su otkrića postala temelj za razvoj raznih eksperimentalnih istraživanja. Ipak, većina neslaganja među učenjima dovela je do zabune u definiciji atomskih težina, zbog čega je voda, primjerice, u to vrijeme bila predstavljena s 4 formule. Kako bi se razriješili sporovi, odlučeno je sazvati kongres na koji su pozvani poznati kemičari. Dogodilo se to 1860., gdje je Canizzaro pročitao izvješće o atomsko-molekularnoj teoriji. Znanstvenici su također uspjeli doći do jedinstva u konceptima atoma, molekule i ekvivalenta.

Tablica jednostavnih tvari, koju je Lavoisier predložio još 1787. godine, sastojala se od samo 35 elemenata, a do kraja 19. stoljeća njihov je broj bio već 63. Mnogi su znanstvenici također pokušali pronaći odnos između svojstava elemenata kako bi što više ispravno izračunati atomsku težinu. Velik uspjeh u tom smjeru postigao je kemičar Döbereiner, koji je razvio zakon trijada. J.B. Dumas i M.I. Pettenekofer je uspješno otkrio homološku seriju, također izražavajući pretpostavke o ispravnosti odnosa među atomskim težinama.

Dok su jedni računali težinu atoma, drugi su pokušavali organizirati periodni sustav. Kemičar Odling predlaže tablicu od 57 elemenata podijeljenih u 17 skupina, a zatim kemičar de Chancourt pokušava sve prikazati u geometrijskoj formuli. Uz njegov vijčani sustav pojavljuje se i Newlandsov stol. Osim toga, među istraživačima vrijedi istaknuti Meyera, koji je 1864. objavio knjigu s tablicom koja se sastoji od 44 elementa. Nakon što je D.I. Mendeljejev je objavio svoj Periodični zakon i sustav, kemičar Maillet dugo je tvrdio da mu je prioritet u otkriću.

Svi ovi preduvjeti činili su temelj otkrića; sam Mendeljejev, nekoliko desetljeća nakon otkrića, rekao je da je o sustavu razmišljao gotovo 20 godina. Sve glavne zaključke i odredbe zakona iznio je u svojim djelima do kraja 1871. Ustanovio je da su numeričke vrijednosti atomskih masa u određenom obrascu, a svojstva elemenata su samo međupodaci koji ovise o dva susjedna elementa gore i dolje, te istovremeno o dva elementa perioda desno i lijevo.

Nakon toga, D.I. Mendeljejev je svoje otkriće morao dokazivati ​​više od godinu dana. Njegovo priznanje došlo je tek mnogo kasnije, kada su uspješno otkriveni germanij, skandij i galij. Do kraja 19. stoljeća većina znanstvenika prepoznala je ovaj zakon kao jedan od glavnih zakona prirode. Vremenom, početkom 20. stoljeća, periodni sustav je doživio manje promjene, formirana je nulta skupina s inertnim plinovima, a metali rijetkih zemalja smješteni su u jednoj ćeliji.

Otkriće periodičnog zakona [VIDEO]

Uspostavu atomsko-molekularne teorije na prijelazu iz 19. u 19. stoljeće pratio je nagli porast broja poznatih kemijskih elemenata. Samo u prvom desetljeću 19. stoljeća otkriveno je 14 novih elemenata. Rekorder među otkrivačima bio je engleski kemičar Humphry Davy koji je u godinu dana elektrolizom dobio 6 novih jednostavnih tvari (natrij, kalij, magnezij, kalcij, barij, stroncij). A do 1830. broj poznatih elemenata dosegnuo je 55.

Postojanje tolikog broja elemenata, heterogenih po svojstvima, zbunjivalo je kemičare i zahtijevalo sređivanje i sistematizaciju elemenata. Mnogi su znanstvenici tražili uzorke u popisu elemenata i postigli određeni napredak. Možemo istaknuti tri najznačajnija rada koja su osporila prioritet otkrića periodičnog zakona D.I. Mendeljejev.

Mendeljejev je formulirao periodični zakon u obliku sljedećih osnovnih principa:

• 1. Elementi raspoređeni prema atomskoj težini predstavljaju jasnu periodičnost svojstava.
• 2. Trebamo očekivati ​​otkriće mnogo više nepoznatih jednostavnih tijela, na primjer, elemenata sličnih Al i Si s atomskom težinom od 65 - 75.
• 3. Atomska težina elementa ponekad se može ispraviti poznavanjem njegovih analoga.

Neke analogije otkrivaju se veličinom težine njihovog atoma. Prvo stajalište bilo je poznato i prije Mendeljejeva, no on mu je dao karakter univerzalnog zakona, predviđajući na temelju njega postojanje elemenata koji još nisu bili otkriveni, mijenjajući atomske težine niza elemenata i poredajući neke elementi u tablici suprotno njihovim atomskim težinama, ali u potpunom skladu s njihovim svojstvima (uglavnom valencijom). Ostale odredbe otkrio je tek Mendeljejev i logične su posljedice periodičnog zakona. Točnost ovih posljedica potvrdili su mnogi eksperimenti tijekom sljedeća dva desetljeća i omogućili da se o periodičnom zakonu govori kao o strogom zakonu prirode.

Koristeći te odredbe, Mendeljejev je sastavio vlastitu verziju periodnog sustava elemenata. Prvi nacrt tablice elemenata pojavio se 17. veljače (1. ožujka, novi stil) 1869. godine.

A 6. ožujka 1869. profesor Menshutkin je službeno objavio Mendeljejevljevo otkriće na sastanku Ruskog kemijskog društva.

U usta znanstvenika stavljena je sljedeća ispovijest: Vidim u snu stol na kojem su svi elementi poredani po potrebi. Probudio sam se i odmah zapisao na komad papira - samo na jednom mjestu ispravak se kasnije pokazao potrebnim.” Kako je sve jednostavno u legendama! Bilo je potrebno više od 30 godina života znanstvenika da ga razvije i ispravi.

Proces otkrivanja periodičkog zakona je poučan i sam Mendeljejev je o tome govorio ovako: “Nehotice se pojavila ideja da mora postojati veza između mase i kemijskih svojstava.

A budući da se masa tvari, iako nije apsolutna, nego samo relativna, u konačnici izražava u obliku atomskih težina, potrebno je tražiti funkcionalnu podudarnost između pojedinačnih svojstava elemenata i njihovih atomskih težina. Ne možete ništa tražiti, pa ni gljive, ni neku vrstu ovisnosti, osim gledanjem i probanjem.

Tako sam počeo birati, ispisujući na zasebne kartice elemente s njihovim atomskim težinama i temeljnim svojstvima, slične elemente i slične atomske težine, što je brzo dovelo do zaključka da su svojstva elemenata periodički ovisna o njihovoj atomskoj težini, i, sumnjajući u mnoge nejasnoće , nisam ni na minutu sumnjao u općenitost izvedenog zaključka, budući da je nemoguće dopustiti nesreće.”

U samom prvom periodnom sustavu, svi elementi do i uključujući kalcij isti su kao u modernom sustavu, s izuzetkom plemenitih plinova. To se može vidjeti iz fragmenta stranice iz članka D.I. Mendeljejev, koji sadrži periodni sustav elemenata.

Na temelju principa povećanja atomskih težina sljedeći elementi nakon kalcija trebali su biti vanadij, krom i titan. Ali Mendeljejev je nakon kalcija stavio upitnik, a zatim stavio titan, mijenjajući mu atomsku težinu s 52 na 50.

Nepoznatom elementu, označenom upitnikom, dodijeljena je atomska težina A = 45, što je aritmetička sredina između atomskih težina kalcija i titana. Zatim, između cinka i arsena, Mendeljejev je ostavio mjesta za dva elementa koja još nisu bila otkrivena. Osim toga, telur je stavio ispred joda, iako potonji ima nižu atomsku težinu. Ovakvim rasporedom elemenata svi vodoravni redovi u tablici sadržavali su samo slične elemente, a periodičnost promjena svojstava elemenata bila je jasno vidljiva. Tijekom sljedeće dvije godine Mendeljejev je značajno poboljšao sustav elemenata. Godine 1871. objavljeno je prvo izdanje udžbenika Dmitrija Ivanoviča "Osnove kemije", koji je periodni sustav predstavio u gotovo modernom obliku.

U tablici je formirano 8 skupina elemenata, brojevi skupina označavaju najveću valenciju elemenata onih nizova koji su uključeni u te skupine, a razdoblja se približavaju suvremenim, podijeljenim u 12 nizova. Sada svako razdoblje počinje s aktivnim alkalnim metalom i završava s tipičnim nemetalnim halogenom. Druga verzija sustava omogućila je Mendeljejevu da predvidi postojanje ne 4, već 12 elemenata i, izazivajući znanstveni svijet, s nevjerojatnim. preciznosti opisao je svojstva tri nepoznata elementa, koje je nazvao ekabor (eka na sanskrtu znači “jedan te isti”), eka-aluminij i eka-silicij. (Galija je starorimski naziv za Francusku). Znanstvenik je uspio izolirati ovaj element u čistom obliku i proučiti njegova svojstva. I Mendeljejev je vidio da se svojstva galija poklapaju sa svojstvima eka-aluminija, koje je predvidio, i rekao Lecoqu de Boisbaudranu da je pogrešno izmjerio gustoću galija, koja bi trebala biti jednaka 5,9-6,0 g/cm3 umjesto 4,7 g /cm3. Doista, pažljivija mjerenja dovela su do točne vrijednosti od 5,904 g/cm3. Konačno priznanje periodičkog zakona D.I. Mendeljejeva ostvaren je nakon 1886. godine, kada je njemački kemičar K. Winkler, analizirajući srebrnu rudu, dobio element koji je nazvao germanij. Ispostavilo se da je to ekazilicij.

Periodni zakon i periodni sustav elemenata.

Periodični zakon je jedan od najvažnijih zakona kemije. Mendeljejev je vjerovao da je glavna karakteristika elementa njegova atomska masa. Stoga je sve elemente posložio u jedan red prema rastu atomske mase.

Ako uzmemo u obzir niz elemenata od Li do F, možemo vidjeti da su metalna svojstva elemenata oslabljena, a nemetalna svojstva pojačana. Slično se mijenjaju i svojstva elemenata u nizu od Na do Cl. Sljedeći znak K, poput Li i Na, tipičan je metal.

Najveća valencija elemenata raste od I y Li do V y N (kisik i fluor imaju konstantnu valenciju, II odnosno I) i od I y Na do VII y Cl. Sljedeći element K, kao i Li i Na, ima valenciju I. U nizu oksida od Li2O do N2O5 i hidroksida od LiOH do HNO3 oslabljena su bazična svojstva, a pojačana kisela. Svojstva oksida se slično mijenjaju u nizu od Na2O i NaOH do Cl2O7 i HClO4. Kalijev oksid K2O, poput litijevih i natrijevih oksida Li2O i Na2O, bazični je oksid, a kalijev hidroksid KOH, poput litijevih i natrijevih hidroksida LiOH i NaOH, tipična je baza.

Oblici i svojstva nemetala mijenjaju se slično od CH4 do HF i od SiH4 do HCl.

Ovakav karakter svojstava elemenata i njihovih spojeva, koji se opaža s povećanjem atomske mase elemenata, naziva se periodična promjena. Svojstva svih kemijskih elemenata periodički se mijenjaju s povećanjem atomske mase.

Ta se periodička promjena naziva periodičkom ovisnošću svojstava elemenata i njihovih spojeva o atomskoj masi.

Stoga je D.I. Mendeljejev je formulirao zakon koji je otkrio na sljedeći način:

· Svojstva elemenata, kao i oblici i svojstva spojeva elemenata, periodički su ovisna o atomskoj masi elemenata.

Mendeljejev je rasporedio periode elemenata jednu ispod druge i kao rezultat sastavio periodni sustav elemenata.

Rekao je da je tablica elemenata plod ne samo njegova rada, već i truda mnogih kemičara, među kojima je posebno istaknuo “učvršćivače periodičnog zakona” koji su otkrili elemente koje je on predvidio.

Stvaranje modernog stola zahtijevalo je mnogo godina napornog rada tisuća i tisuća kemičara i fizičara. Da je Mendeljejev danas živ, gledajući modernu tablicu elemenata, mogao bi dobro ponoviti riječi engleskog kemičara J. W. Mellora, autora klasične enciklopedije o anorganskoj i teorijskoj kemiji u 16 tomova. Završivši svoj rad 1937. godine, nakon 15 godina rada, sa zahvalnošću je napisao na naslovnoj stranici: “Posvećeno privatnicima goleme vojske kemičara. Njihova imena se zaboravljaju, njihova djela ostaju...

Periodni sustav je klasifikacija kemijskih elemenata koja utvrđuje ovisnost različitih svojstava elemenata o naboju atomske jezgre. Sustav je grafički izraz periodičkog zakona. Od listopada 2009. poznato je 117 kemijskih elemenata (s rednim brojevima od 1 do 116 i 118), od kojih su 94 pronađena u prirodi (neki samo u tragovima). Ostatak23 dobiven je umjetnim putem kao rezultat nuklearnih reakcija - to je proces transformacije atomskih jezgri koji se događa tijekom njihove interakcije s elementarnim česticama, gama zrakama i međusobno, obično dovodeći do oslobađanja kolosalnih količina energije. Prvih 112 elemenata ima stalna imena, a ostali imaju privremena imena.

Otkriće elementa 112 (najtežeg od službenih) priznaje Međunarodna unija za čistu i primijenjenu kemiju.

Najstabilniji poznati izotop ovog elementa ima vrijeme poluraspada od 34 sekunde. Početkom lipnja 2009. godine nosi neslužbeni naziv ununbij; prvi put je sintetiziran u veljači 1996. u akceleratoru teških iona u Institutu za teške ione u Darmstadtu. Otkrivači imaju šest mjeseci da predlože novo službeno ime koje će dodati u tablicu (već su predložili Wickhausius, Helmholtzius, Venusius, Frischius, Strassmannius i Heisenbergius). Trenutno su poznati transuranski elementi s brojevima 113-116 i 118, dobiveni u Zajedničkom institutu za nuklearna istraživanja u Dubni, ali još nisu službeno priznati. Češća od ostalih su 3 oblika periodnog sustava: "kratki" (kratkoperiodični), "dugi" (dugoperiodični) i "ekstradugi". U "super-dugoj" verziji svaka točka zauzima točno jedan redak. U "dugoj" verziji, lantanidi (obitelj od 14 kemijskih elemenata s rednim brojevima 58-71, smješteni u VI razdoblju sustava) i aktinidi (obitelj radioaktivnih kemijskih elemenata koji se sastoje od aktinija i 14 njemu sličnih u njihova kemijska svojstva) uklanjaju se iz opće tablice, čineći je kompaktnijom. U “kratkom” obliku zapisa, osim ovoga, četvrta i sljedeće točke zauzimaju po 2 retka; Simboli elemenata glavne i sekundarne podskupine poravnati su u odnosu na različite rubove ćelija. Kratki oblik tablice, koji sadrži osam grupa elemenata, službeno je napustio IUPAC 1989. godine. Unatoč preporuci da se koristi dugi oblik, kratki oblik nastavio se navoditi u velikom broju ruskih referentnih knjiga i priručnika nakon tog vremena. Iz suvremene strane književnosti kratki je oblik potpuno isključen, a umjesto njega koristi se dugi oblik. Neki istraživači ovu situaciju, između ostalog, povezuju s prividnom racionalnom zbijenošću kratke forme tablice, kao i sa stereotipnim razmišljanjem i nepercepcijom suvremenih (međunarodnih) informacija.

Godine 1969. Theodore Seaborg predložio je prošireni periodni sustav elemenata. Niels Bohr razvio je ljestvičasti (piramidalni) oblik periodnog sustava elemenata.

Postoje mnogi drugi, rijetko ili uopće ne korišteni, ali vrlo originalni, načini grafičkog prikazivanja Periodnog zakona. Danas postoji nekoliko stotina verzija tablice, a znanstvenici stalno nude nove mogućnosti.

Periodični zakon i njegovo obrazloženje.

Periodični zakon omogućio je sistematizaciju i generalizaciju ogromne količine znanstvenih informacija u kemiji. Ova se funkcija zakona obično naziva integrativnom. Posebno se jasno očituje u strukturiranju znanstvenog i obrazovnog gradiva iz kemije.

Akademik A.E. Fersman rekao je da sustav ujedinjuje svu kemiju unutar jedne prostorne, kronološke, genetske i energetske veze.

Integrativna uloga Periodnog zakona očitovala se i u tome što su neki podaci o elementima, koji su navodno bili izvan općih zakona, provjeravani i razjašnjeni kako od samog autora tako i od njegovih sljedbenika.

To se dogodilo s karakteristikama berilija. Prije Mendeljejevljeva rada, smatran je trovalentnim analogom aluminija zbog njihove takozvane dijagonalne sličnosti. Dakle, u drugom razdoblju postojala su dva trovalentna elementa, a niti jedan dvovalentni. Upravo je u toj fazi Mendeljejev posumnjao na pogrešku u istraživanju svojstava berilija; pronašao je rad ruskog kemičara Avdejeva, koji je tvrdio da je berilij dvovalentan i da ima atomsku težinu 9. Avdejevljev rad ostao je nezapažen u znanstvenom svijetu. , autor je rano umro, očito nakon što je bio otrovan izuzetno otrovnim spojevima berilija. Rezultati Avdejevljevih istraživanja utemeljeni su u znanosti zahvaljujući Periodičnom zakonu.

Takve promjene i preciziranja vrijednosti i atomskih težina i valencija napravio je Mendeljejev za još devet elemenata (In, V, Th, U, La, Ce i tri druga lantanida).

Za još deset elemenata ispravljene su samo atomske težine. I sva ta pojašnjenja naknadno su eksperimentalno potvrđena.

Prognostička (prediktivna) funkcija Periodnog zakona dobila je najupečatljiviju potvrdu u otkriću nepoznatih elemenata s rednim brojevima 21, 31 i 32.

Njihovo postojanje najprije je bilo intuitivno predviđeno, no formiranjem sustava Mendeljejev je uspio izračunati njihova svojstva s visokim stupnjem točnosti. Dobro poznata priča o otkriću skandijuma, galija i germanija bila je trijumf Mendeljejeva otkrića. Sva svoja predviđanja napravio je na temelju univerzalnog zakona prirode koji je sam otkrio.

Mendeljejev je predvidio ukupno dvanaest elemenata Od samog početka Mendeljejev je istaknuo da zakon opisuje svojstva ne samo samih kemijskih elemenata, već i mnogih njihovih spojeva. Da bismo to potvrdili, dovoljno je navesti sljedeći primjer. Od 1929. godine, kada je akademik P. L. Kapitsa prvi otkrio nemetalnu vodljivost germanija, započeo je razvoj proučavanja poluvodiča u svim zemljama svijeta.

Odmah je postalo jasno da elementi s takvim svojstvima zauzimaju glavnu podskupinu skupine IV.

S vremenom je došlo do shvaćanja da poluvodička svojstva trebaju, u većoj ili manjoj mjeri, posjedovati spojevi elemenata koji se nalaze u periodima jednako udaljenim od ove skupine (na primjer, s općom formulom poput AzB).

To je odmah učinilo potragu za novim praktično važnim poluvodičima ciljanom i predvidljivom. Gotovo sva moderna elektronika temelji se na takvim vezama.

Važno je napomenuti da su predviđanja unutar periodnog sustava napravljena čak i nakon njegovog općeg prihvaćanja. Godine 1913

Moseley je otkrio da se valna duljina X-zraka, koje primaju antikatode napravljene od različitih elemenata, prirodno mijenja ovisno o atomskom broju koji se konvencionalno dodjeljuje elementima u periodnom sustavu. Eksperiment je potvrdio da serijski broj elementa ima izravno fizičko značenje.

Tek kasnije su redni brojevi povezani s vrijednošću pozitivnog naboja jezgre. Ali Moseleyev zakon omogućio je odmah eksperimentalno potvrđivanje broja elemenata u razdobljima i istovremeno predviđanje mjesta hafnija (br. 72) i renija (br. 75) koji do tada još nisu bili otkriveni.

Dugo se vremena vodila rasprava: dodijeliti inertne plinove u neovisnu nultu skupinu elemenata ili ih smatrati glavnom podskupinom VIII.

Na temelju položaja elemenata u periodnom sustavu, teoretski kemičari predvođeni Linusom Paulingom dugo su sumnjali u potpunu kemijsku pasivnost plemenitih plinova, izravno ukazujući na moguću stabilnost njihovih fluorida i oksida.

Ali tek je 1962. američki kemičar Neil Bartlett prvi izveo reakciju platina heksafluorida s kisikom pod najobičnijim uvjetima, dobivši ksenon heksafluoroplatinat XePtF^, a zatim i druge plinske spojeve koji se danas ispravnije nazivaju plemenitim nego inertnim. .