Периодическая система элементов Д. Менделеева

15 Янв 2014 | Автор: | Комментариев нет »

План

1. Создание периодической системы Д.И. Менделеева ………………..с.3-8

2. Периодический закон элементов. Значение этого открытия ………..с.8-10

Список литературы ………………………………………………………….с.11

 

1. Создание периодической системы Д.И. Менделеева

Химию обычно рассматривали как науку о составе и качественном превращении различных веществ. В первое время именно по составу реагирующих веществ пытались объяснить свойства полученных новых веществ. Уже на этом этапе ученые встретились с огромными трудностями. Ведь для того чтобы понять, какие именно первоначальные элементы определяют свойства простых и сложных веществ, надо, во-первых, уметь различать простые и сложные вещества, а во-вторых, определить те элементы, от которых зависят их свойства. Между тем долгое время ученые считали, например, металлы сложными веществами, а об элементах существовали самые противоречивые представления. Поэтому, несмотря на обилие эмпирического материала о свойствах различных веществ и их соединений, особенностях протекания разнообразных реакций, в химии, по сути дела, до открытия в 1869г. Периодической системы химических элементов Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907) не существовало той объединяющей концепции, с помощью которой можно было бы объяснить весь накопленный фактический материал, а следовательно, представить все наличное знание как систему теоретической химии.

Было бы, однако, неправильно не учитывать той громадной исследовательской работы, которая привела к утверждению системного взгляда на химические знания. Уже с первых шагов химики на интуитивном и эмпирическом уровне поняли, что свойства простых веществ и химических соединений зависят от тех неизменных начал или носителей, которые впоследствии стали называть элементами. Выявление и анализ этих элементов, раскрытие связи между ними и свойствами веществ охватывает значительный период в истории химии, начиная от гипотезы Роберта Бойля (1627—1691) и кончая современными представлениями о химических элементах как разновидностях изотопов, т.е. атомов, обладающих одинаковым зарядом ядра и отличающихся по массе. Этот первый концептуальный уровень можно назвать исследованием различных свойств веществ в зависимости от их химического состава, определяемого их элементами. Здесь мы видим поразительную аналогию с той концепцией атомизма, о которой шла речь в предьдущей главе. Химики, как и физики, искали ту первоначальную основу или элемент, с помощью которых пытались объяснить свойства всех простых и сложных веществ.

Второй концептуальный уровень познания свойств связан с исследованием структуры, т. е способа взаимодействия элементов веществ. Эксперимент и производственная практика убедительно доказывали, что свойства полученных в результате химических реакций веществ зависят не только от элементов, но и от взаимосвязи и взаимодействия элементов в процессе реакции. Именно поэтому в процессе познания и использования химических явлений необходимо было учитывать их структуру, т. е. характер взаимодействия составных элементов вещества.

Третий уровень познания представляет собой исследование внутренних механизмов и условий протекания химических процессов, таких, как температура, давление, скорость протекания реакций и некоторые другие. Все эти факторы оказывают громадное влияние на характер процессов и объем получаемых веществ, что имеет первостепенное значение для массового производства.

Наконец, четвертый концептуальный уровень является дальнейшим развитием предыдущего уровня, связанным с более глубоким изучением природы реагентов, участвующих в химических реакциях, а также применением катализаторов, значительно ускоряющих скорость их протекания. На этом уровне мы встречаемся уже с простейшими явлениями самоорганизации, изучаемыми синергетикой.

Для определения свойств веществ необходимо установить, из каких элементов они состоят, а это предполагает наличие точного понятия химического элемента. Упоминавшееся выше определение Р. Бойлем элемента как "простого тела", а тем более ранние попытки отождествить элементы непосредственно со свойствами и качествами веществ не достигали этой цели. В самом деле, ни сам Р. Бойль, ни его сторонники не имели ясного представления о "простом веществе" и поэтому принимали за него по сути дела химическое соединение. Так, например, железо, медь и другие известные в то время металлы они рассматривали как сложные тела, а окалину, получающуюся при их прокаливании, — за простое тело. Теперь мы знаем, что окалина, или оксид металла, представляет собой соединение металла с кислородом, т. е. это сложное тело.

Такое ошибочное представление было навязано ученым господствовавшей в то время ложной гипотезой флогистона, согласно которой сложные тела состоят из соответствующего элемента и особого "невесомого тела"— флогистона. Эта гипотеза была опровергнута известным французским химиком Антуаном Лавуазье (1743—1794) после открытия кислорода и выявления его роли в процессах окисления и горения. Он же первый предпринял попытку систематизации открытых к тому времени химических элементов, хотя при этом отнес к ним и некоторые химические соединения (известь, магнезию и др.). А. Лавуазье считал элементами только такие тела, которые не поддавались в его время реакции разложения.

Постепенно химики открывали все новые и новые химические элементы, описывали их свойства и реакционную способность и благодаря этому накопили огромный эмпирический материал, который необходимо было привести в определенную систему.

Атомистическая гипотеза Дальтона и определение атомных масс некоторых элементов привели английского врача У. Праута к возрождению аристотелевой идеи о существовании некоей первичной материи. В основу этого представления Праут положил уже установленные "атомные веса", многие из которых представляли целочисленные кратные массы водорода (1815). Через два года подобные идеи выдвинул Иоганн Майнеке из Галле. Тогда были известны атомные веса 22 элементов. Хотя эти представления соответствовали больше натурфилософии, ведущий химик Жан Батист Дюма (1800-1884), министр высшего образования и секретарь Академии наук Франции, подверг атомные веса тщательнейшей экспериментальной проверке и опроверг гипотезу Праута, но представление о внутренней связи между элементами продолжало существовать.

К концу XVIII в. выделили уже 28 элементов, к 1869г. — более 60, а также изучили громадное число соединений. Этот год в истории химии считается кульминационным на пути создания периодической таблицы элементов. Еще в 1817г. профессор Йенского университета Иоганн Вольфанг Деберейнер (1780-1849) предложил идею объединения элементов в группы, основываясь на их аналогии. Он расположил элементы в ряд по атомным массам и обнаружил, что атомная масса среднего из трех похожих химических элементов равна среднему арифметическому из суммы масс двух других элементов. Триады были такие: литий (7), натрий (23), калий (39); кальций (40), стронций (88), барий (137); сера (32), селен (79), теллур (128); хлор (35,5), бром (80), йод (127).

Таких вариантов было много, даже Дюма в 50-е годы предложил несколько групп элементов. В 1863г. Джон Ньюлендс расположил элементы от водорода до тория, разделив их на восемь групп по семь элементов в каждой по так называемому "правилу октав". Он показал, что для каждого седьмого элемента свойства повторяются, хотя в несколько измененном виде. Ньюлендс и некоторые другие ученые заметили здесь явную периодичность в свойствах элементов (каждый восьмой часто был похож на элемент предыдущего столбца). Кроме того, таблица позволяла выявить группы сходных элементов. Но исключений оказалось так много, что обнаруженная закономерность не могла в данном виде отражать закон природы. Ведь законы природы, если это Законы, не знают исключений в отличие, например, от правил грамматики.

Безуспешность в поисках закона была обусловлена тем, что ученые искали закон образования групп родственных элементов и не стремились найти закономерности перехода от одной группы к другой.

В следующем году свою таблицу составил Лотар Мейер (1830-1895), но опубликовал ее только в 1870г., т.е. уже после того, как широкую известность (1868) получила таблица Дмитрия Ивановича Менделеева. Было удивительно, что количественные различия в строении атомов могут привести к наблюдаемым качественным различиям в свойствах элементов.

И Мейер, и Менделеев были в 1860г. на Международном химическом конгрессе в Карлсруэ, и на обоих огромное впечатление произвел доклад итальянского химика Станислао Канниццаро (1826-1910) "Об атомных и молекулярных весах", сыгравший стимулирующую роль при работе над системой элементов. Мейер уже давно обратил на себя внимание, опубликовав историко-критический анализ химических воззрений от Бертолле до Берцелиуса (1859), затем он издал еще несколько книг по химии, будучи профессором в ряде европейских университетов. Менделеев в эти годы работал в Гейдельберге в лабораториях Роберта Бунзена и Густава Кирхгофа (1824-1887), где разрабатывались основы спектрального анализа, что предопределило научный выбор молодого исследователя.

Став в 1865г. профессором Петербургского университета, Менделеев приступил к написанию учебника "Основы химии" (1869-1871), где попытался выявить в химии систему, основанную на величине атомных весов элементов. Он предположил существование функциональной зависимости между свойствами каждого элемента и атомными весами. Все элементы, их атомные веса и основные свойства Менделеев выписал на карточки и пытался расположить эти карточки так, чтобы его предположения оправдались. Он раскладывал и перекладывал карточки столь часто, что, говорят, увидел свою таблицу во сне, а проснувшись, сразу записал ее. Мейер опубликовал свою таблицу со ссылкой на Менделеева, сделав в ней некоторые перестановки. Сам Менделеев в 1870г. тоже внес несколько исправлений и уточнений, окончательно опубликовав свой вариант таблицы в 1871 г. под названием "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов". В этой публикации Менделеев определил места для индия, цезия, тория и урана, а также предсказал свойства еще не открытых элементов.

 

2. Периодический закон элементов. Значение этого открытия

В основе периодической системы Менделеева лежит Периодический закон — фундамент всей химии элементов.

Д. И. Менделеев так сформулировал этот закон (1877 г.): «Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости (образуют периодическую функцию, как говорят в математике) от их атомного веса».

Первое сообщение об открытии закона и первая отражающая его таблица были опубликованы Д. И. Менделеевым в 1869 году. Этот год и считается годом открытия закона.

Гений Д. И. Менделеева проявился в том, что он поставил и успешно решил задачу нахождения закономерностей в изменении свойств элементов.

Менделеев сознавал, что уровень знаний его времени не позволял познать природу химических элементов, знать что-либо о строении атомов. И он положил в основу своих исследований количественно измеряемые свойства элементов, которых в то время было два: атомная масса и валентность (от которой зависит состав, форма соединений, образуемых данным элементом). Располагая, как и некоторые его предшественники, элементы в порядке возрастания их атомных масс, Менделеев в то же время сопоставлял получаемую последовательность с действительными свойствами, валентностью элементов. Будучи уверенным, что он обнаружил фундаментальный закон природы, Менделеев предположил существование еще не открытых химических элементов и оставил им место в своей таблице.

Д. И. Менделеев, как настоящий ученый, понимал, что закон только тогда закон, когда он может предсказывать еще неизвестные факты и явления. И он смело на основании открытого им закона предсказывает существование неизвестных еще химических элементов и описывает их свойства. Согласие обнаружилось для многих элементов, предсказанных Менделеевым и открытых через несколько лет.

Менделеев обратил внимание на аналоги бора и алюминия (элементов группы III). По его мнению, после цинка должен стоять еще один элемент, который он назвал экаалюминием и предсказал его атомный вес (68), атомный объем (11,5), удельный вес (6,0) и некоторые другие спектральные характеристики, руководствуясь чувством симметрии. В 1875 г. в Париже спектроскопист П. Лекок де Буабодран выделил из минерала, добытого в Пиренейских горах, новый элемент и назвал его галлием (Галлия — древнее название Франции).

Поскольку галлий — редкий металл, Буабодран с трудом добыл мизерное количество его, но сумел описать плотность галлия, температуру плавления, соединение с кислородом и даже соли. Каково же было удивление Буабодрана, когда ему из Парижской академии наук передали письмо с русской маркой, автор которого сообщал, что в описании свойств галлия все верно, за исключением плотности: галлий тяжелее воды не в 4,7 раза, а в 5,9. Буабодран, тщательнее очистив металл, заново определил его плотность и убедился, что он ошибся, а автор письма — это был Менделеев — оказался прав.

Это было первое подтверждение предсказаний Менделеева. Аналог бора (у Менделеева - экабор) был открыт в 1879г. шведским химиком Ларсом Нильсоном (1840-1899) и назван скандием. Полнейшее признание менделеевская таблица получила после открытия немецким химиком Клеменсом Винклером (1838-1904) германия (1886), и Винклер уже сам признал, что его германий полностью соответствует предсказанному Менделеевым элементу - экасилицию. Менделеев дожил до открытия и других предсказанных им элементов своей таблицы.

Это было торжество закона, он был признан научным миром, и мы можем гордиться, что главный закон химии открыт нашим соотечественником.

При поиске закономерной последовательности элементов и составляя таблицу элементов, Д. И. Менделеев помимо атомной массы учитывал форму образуемых данным элементом соединений, т. е. его валентность. Под «формой» Д. И. Менделеев имел в виду химические формулы соединений данного элемента. Эту характеристику (валентность) он считал не менее важной. Поэтому он поставил кобальт перед никелем, теллур перед йодом и, когда были открыты инертные газы, аргон перед калием, т. е. во всех этих случаях более тяжелый элемент оказался перед элементом с меньшей атомной массой.

Периодическая система элементов, с одной стороны, явилась ключом к познанию строения атома, с другой стороны, раскрытие структуры атома способствовало утверждению и развитию Периодического закона. В соответствии с современными научными представлениями об атомах основой классификации элементов и периодичности их свойств является заряд атомного ядра.

Итак, великая заслуга Д. И. Менделеева состоит в том, что, открыв периодический закон, он заложил фундамент для построения подлинно научной системы химических знаний.

 

Список литературы

1. Горелов А.А. Концепции современного естествознания. – М.: Центр, 2009.

2. Дубнищева Т.Я. Концепции современного естествознания. – Новосибирск: ЮКЗА, 2007.

3. Концепции современного естествознания.– Ростов-на-Дону: Феникс, 2011.

4. Кузнецов В.И. Общая химия. Тенденция развития. – М.: высшая школа,2009.

5. Рузавин Г.И. Концепции современного естествознания. – М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 2010.

 

Контрольная работа по КСЕ на тему «Периодическая система элементов Д. Менделеева» (МаГУ, Магнитогорск)

Вы можете заказать оригинальную авторскую работу на эту и любую другую тему.

(12.8 KiB, 30 downloads)
Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

vadimmax1976@mail.ru

8-908-07-32-118

8-902-89-18-220

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!