Менделеев и его переодический закон

Менделеев и его переодический закон

Название: Научное наследие
(Периодический закон (1958), Растворы (1959)
Периодический закон.Дополнительные материалы (1960))
Автор: Менделеев Д.И.
Издательство: М.: Изд. АН СССР
Год: 1958-1960
Страниц: 831 (1958г.), 1169 (1959г.), 712 (1960г.)
Формат: DJVU
Размер: 13,4 Мб +13,3 Мб + 11,4 Мб
Качество: отличное
Язык: Русский
Серия: Классики науки

Периодический закон (1958 г.)
Открытие периодического закона химических элементов (1869 г.) и выведение из него глубочайших теоретических следствий составило главное достижение научной деятельности Дмитрия Ивановича Менделеева. Этим великим научным подвигом было положено начало новому периоду в развитии учения о веществе и тем самым заложены основы современной физики и химии. Формулировка периодического закона, данная самим Д. И. Менделеевым в «Основах химии», гласила: «Свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных весов элементов». Менделеев исходил из однозначной связи между данным элементом и соответствующим ему «местом» в системе: каждому элементу отвечает одно и только одно строго определенное «место» в системе
и на каждое «место» в системе приходится один и только один строго определенный элемент. Тем самым у Менделеева «место» в системе становилось определяющим признаком данного элемента. В данное издание включены пятнадцать работ Менделеева, которые могут быть отнесены к числу, классических. В дальнейшем они именуются основными статьями или просто статьями. Они располагаются в хронологическом порядке в первой части этого тома.

Периодический закон. Дополнительные материалы (1960 г.)
Настоящий том представляет собою своего рода дополнение к тому трудов Д. И. Менделеева по периодическому закону, изданному в серии «Классики науки» в 1958 г. (В дальнейшем изданный ранее том именуется основным, а этот том — дополнительным). Включенные сюда материалы составляют прямое продолжение работ Менделеева и примечаний к ним, вошедших в основной том. Изданием такого двухтомника преследуется цель собрать воедино и представить в систематическом виде все вообще работы Менделеева, посвященные его главному открытию — периодическому закону (за вычетом «Основ химии», из которых приведены лишь отдельные фрагменты). При этом основной том объединяет как бы избранные работы Менделеева по периодическому закону, а оба тома вместе образуют полное собрание его работ по данному вопросу. Для того чтобы издать все, что прямо или косвенно связывал Менделеев в «Основах химии» с периодическим законом, требуется отдельная книга фрагментов, которая подготовляется к изданию. В соответствии с тем, что основной том разделен на две части — основные статьи и добавления, дополнительный том составлен так, чтобы вошедшие в него работы Менделеева образовали собой вторую (дополнительную) часть добавлений. Поэтому подобно тому как в основном томе добавления составлены по тематическому принципу, так составлены они и в дополнительном томе. При этом некоторые из вошедших в него добавлений представляют собою прямые дополнения как к основным статьям, так и к добавлениям в основном томе, что отмечено в соответствующих примечаниях.

Растворы (1959 г.)
10 июля 1905 г., за полтора года до смерти, Менделеев сделал в своем дневнике такую запись: «Всего более четыре предмета составили мне имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциаций и основы химии» (Архив Д. И. Менделеева, стр. 34). Работы Менделеева в области опытных исследований растворов и развитие понимания их природы занимают в его творческой жизни значительный период, с начала 60-х годов и до конца прошлого века. Проблемой растворов он продолжал интересоваться и позднее, внося изменения и дополнения в соответствующие главы «Основ химии». Из приведенной, не предназначавшейся для печати, дневниковой записи Менделеева видно, что он придавал этому циклу qbohx работ большое значение, ставя их в один ряд с таким открытием, нашедшим самое широкое признание и мировой науке, как периодический закон.

platona.net

Менделеев и Периодический закон (стр. 1 из 2)

Профессор Б. Д. Степин

За четыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрел спокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях. В 1865 году он купил имение Боблово недалеко от Клина и получил возможность заниматься агрохимией, которой тогда увлекался, и отдыхать там с семьей каждое лето.

В 1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химии физико-математического факультета Петербургского университета, а в конце года ему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года у Менделеевых родилась любимая дочь Ольга.

Вот несколько эпизодов из жизни Дмитрия Ивановича Менделеева.

Он родился в 1834 году в Тобольске и был последним, семнадцатым по счету ребенком в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны. Ко времени его рождения в семье Менделеевых из детей осталось в живых два брата и пять сестер. Девять детей умерли еще в младенческом возрасте, а троим из них родители даже не успели дать имена.

Учеба Дмитрия Менделеева в Петербурге в педагогическом институте вначале давалась нелегко. На первом курсе он умудрился по всем предметам, кроме математики, получить неудовлетворительные оценки. Но на старших курсах дело пошло по-другому — среднегодовой балл Менделеева был равен четырем с половиной (из пяти возможных). Он окончил институт в 1855 году с золотой медалью, получив диплом старшего учителя.

Жизнь не всегда была благосклонна к Менделееву: были в ней и разрыв с невестой, и недоброжелательность коллег, неудачный брак и затем развод. Два года (1880 и 1881) были очень тяжелыми в жизни Менделеева. В декабре 1880 года Петербургская академия наук отказала ему в избрании академиком: «за» проголосовало девять, а «против» — десять академиков. Особенно неблаговидную роль при этом сыграл секретарь академии некто Веселовский. Он откровенно заявил: «Мы не хотим университетских. Если они и лучше нас, то нам все-таки их не нужно».

В 1881 году с большим трудом был расторгнут брак Менделеева с первой женой, совершенно не понимавшей мужа и упрекавшей его в отсутствии внимания.

«Мастер чемоданных дел»

Любимым занятием на досуге у Менделеева в течение многих лет было изготовление чемоданов и рамок для портретов. Припасы для этих работ он закупал в Гостином дворе. Однажды, выбирая нужный товар, Менделеев услыхал за спиной вопрос одного из покупателей:

— «Кто этот почтенный господин?»

— «Таких людей знать надо, — с уважением в голосе ответил приказчик. — Это мастер чемоданных дел Менделеев».

В 1895 году Менделеев ослеп, но продолжал руководить Палатой мер и весов. Деловые бумаги ему зачитывали вслух, распоряжения он диктовал секретарю, а дома вслепую продолжал клеить чемоданы. Профессор И. В. Костенич за две операции удалил катаракту, и вскоре зрение вернулось…

Но вернемся к 1867 году.

Зимой 1867-68 года Менделеев начал писать учебник «Основы химии» и сразу столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Менделеев многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

Решающий этап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева — одного из руководителей Вольного экономического общества.

В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные «парадоксальные» пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что «неопределенная зона» между явными неметаллами и металлами содержит элементы — благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

После завтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства.

Через некоторое время домочадцы услышали, как из кабинета стало доноситься: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Эти возгласы означали, что у Дмитрия Ивановича наступило творческое вдохновение.

Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов.

Так, вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, «исправленное» значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

Постепенно Дмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату «17 февраля 1869 года» (это по старому стилю).

Так был открыт Периодический закон.

. Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:

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

Менделееву тогда было всего 35 лет.

Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен.

До отъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущему историку химии, рукопись статьи «Соотношение свойств с атомным весом элементов» — для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

18 марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества, сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: «Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин».

Так что же такое периодичность?

Это повторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов и минимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.

Например, что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?

Прежде всего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электронной конфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбитали всего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту же степень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl, у карбонатов — М2СO3, у ацетатов — CH3COOM и так далее (здесь буквой M обозначен щелочной элемент).

Менделееву после открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как раз по семь элементов.

Не все элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; в некоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так, у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она также больше, чем у иода I, но Менделеев разместил их в порядке Co — Ni, Te — I, а не наоборот. Иначе теллур попадал бы в группу галогенов, а иод становился родственником селена Se.

mirznanii.com

Вопрос№19. Периодический закон д.И. Менделеева, его физическая сущность.

Открытие Д. И. Менделеевым ПЗ и создание им ПС элементов явилось результатом его длительной и напряженной научной работы. Это было важнейшее открытие после утверждения атомно-молекулярной теории. За первое десятилетие 19в. было открыто 14 новых элементов. Существование такого количества элементов, различных по свойствам, требовало упорядочения и их систематизации. Очень многие ученые занимались поиском закономерностей и внесли определенный вклад.

Во всех этих работах было много общего, были открыты проявления периодичности изменения свойств элементов, в зависимости от их атомного веса. Но не смогли создать единой ПС всех элементов, так как в открытых ими закономерностях многие элементы всё же не имели своего места. Не было сделано и серьезных выводов.

В отличие от них Менделеев обнаружил периодическое изменение свойств элементов с изменением величин их атомных масс, сравнивая между собой несходные естественные группы элементов. В то время были известны галогены, щелочные и щелочно-земельные металлы.

Менделеев выписал и сопоставил элементы этих групп, расположив их в порядке возрастания атомных масс.

Отсюда видно, что резкое изменение свойств при переходе от галогена к щелочным металлам и уменьшение основных свойств, при переходе от щелочного к щелочно-земельному металлу периодически повторяется.

Формы соединений также периодически повторяются:

Все это дало возможность Д.И. Менделееву сформулировать ПЗ:

Свойства простых тел, а также формы и свойства их соединений, находятся в периодической зависимости от их атомных масс.

Менделеев построил ПС, которая объективно отражает ПЗ, а также является графическим изображением ПЗ.

studfiles.net

Менделеев и его переодический закон

Периодический закон Д. И. Mенделеева. Взаимосвязь элементов.

Понятие об элементах как о первичных веществах етришло из глубокой древности и, постепенно видоизменяясь а уточняясь, дошло до нашего времени. Основоположникам научных воззрений на химические элементы являются Р. Бойль (VII в.), М. В. Ломоносов (XVIII в.) и Дальтон (XIX в.).
К началу XIX в. было известно около 30 элементов, к середине XIX в.— около 60. По море накопления числа элементов возникла задача их систематизации. Таких попыток до Д.И. Менделеева было не меньше пятидесяти; за основу систематизации принимались: и атомный вес (ныне называемый атомной массой), и химический эквивалент, и валентность. Подходя к классификации химических элементов метафизически, пытаясь систематизировать только известные в то время элементы, ни один из предшественников Д. И. Менделеева не мог открыть всеобщую взаимосвязь элементов, создать единую стройную систему, отражающую закон развития материи. Эта важная, для науки задача была блестяще разрешена в 1869 г. великим русским ученым Д. И. Менделеевым, открывшим периодический закон.
За основу систематизации Менделеевым были взяты: а) атомный вес и б) химическое сходство между элементами. Наиболее ярким, выразителем сходства свойств элементов является их одинаковая высшая валентность. Как атомный вес (атомная масса), так и высшая валентность элемента представляют собой количественные, числовые константы, удобные для систематизации.
Расположив все известный в то время 63 элемента в ряд по возрастанию атомных масс, Менделеев заметил периодическую повторяемость свойств элементов через неодинаковые промежутки. В результате Менделеевым был создан первый вариант периодической системы.
Закономерный характер изменения атомных масс элементов по вертикалям и горизонталям таблицы, а также образовавшиеся в ней пустые мecта позволили Менделееву смело предсказать наличие n природе ряда элементов, еще не известных в то время науке и даже наметить их атомные массы и основные свойства, исходя из предполагаемого положения элементов в таблице. Это можно било сделать лишь на основе системы, объективно отражающей закон развития материи. Сущность периодического закона Д. И. Менделеев сформулировал в 1869 г.: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов (масс) элементов».

Периодическая система элементов.
В 1871 году Д. И. Менделеев дает второй вариант периодической системы (так называемую короткую форму таблицы), в которой он выявляет различные степени родства между элементами. Этот вариант системы дал возможность Менделееву предсказать существование 12 элементов и свойства трех из них описать с очень большой точностью. В период с 1875 по 1886 гг. эти три элемента были открыты и выявилось полное совпадение их свойств с теми, которые были предсказаны великим русским ученым. Эти элементы получили следующие названия: скандий, галлий, германий. После этого периодический закон полечил всеобщее признание как объективный закон природы и ныне является фундаментом химии, физики и других естественных наук.

Периодическая система химических элементов — это графическое выражение периодического закона. Известно, что ряд законов, кроме словесных формулировок, можно изображать графически и выражать математическими формулами. Таков и периодический закон; только присущие ему математические закономерности, о которых будет сказано ниже, не объединены еще общей формулой. Знание периодической системы облегчает изучение курса общей химии.
Конструкция современной периодической системы в принципе мало отличается от варианта 1871 г. Символы элементов в периодической системе расположены по вертикальным и горизонтальным графам. Это приводит к объединению элементов в группы, подгруппы, периоды. Каждый элемент занимает в таблице определенную клетку. Вертикальные графы – это группы (и подгруппы), горизонтальные – периоды (и ряды).

Группой называется совокупность элементов с одинаковой валентностью по кислороду. Эта высшая валентность определяется номером группы. Так как сумма высших валентностей по кислороду н водороду для элементов-неметаллов равна восьми, то по номеру группы легко определить и формулу высшего водородного соединения. Так, для фосфора — элемента пятой группы — высшая валентность по кислороду равна пяти, формула высшего окисла Р2О5, а формула соединения с водородом — РН3. Для серы — элемента шестой группы — формула высшего окисла — SO3, а высшего соединения с водородом — H2S.
Некоторые элементы имеют высшую валентность, не равную номеру их групп. Такими исключениями являются медь Сu, серебро Ag, золото Аu. Они находятся в первой группе, однако их валентности изменяются от одного до трех. Например, имеются соединения: CuO; AgO; Cu2O3; Au2О3. Кислород поставлен в шестую группу, хотя соединения его с валентностью выше двух почти не встречаются. Фтор Р — элемент VII группы — в своих важнейших соединениях одновалентен; бром Вr —элемент VII группы — максимально пятивалентен. Особенно много исключений в VIII группе. В ней только два элемента: рутений Ru и осмий Os проявляют валентность, равную восьми, их высшие окислы имеют формулы RuO4 и OsO4 Валентность же остальных элементов VIII группы значительно ниже.
Первоначально периодическая система Менделеева состояла из восьми групп. В конце XIX в. были открыты инертные элементы, предсказанные русским ученым Н. А. Морозовым, и периодическая система была пополнена девятой по счету группой — нулевой по номеру. Теперь многие ученые считают нужным возвратиться к делению всех элементов снова на 8 групп. Это делает систему более стройной; с позиций октета (восьми) групп яснее становятся некоторые правила и законы.

Элементы группы распределяются по подгруппам. Подгруппа объединяет элементы данной группы, более сходные по своим химическим свойствам. Сходство это зависит от аналогии в строении электронных оболочек атомов элементов. В периодической системе символы элементов каждой из подгрупп располагают строго по вертикали.
В первых семи группах имеется по одной главной и по одной побочной подгруппе; в восьмой группе имеется одна главная подгруппа, «инертные» элементы, и три побочных. Наименование каждой подгруппы обычно дается по названию верхнего элемента, например: подгруппа лития (Li-Na-K-Rb-Cs-Fr), подгруппа хрома (Cr-Mo-W).В то время как элементы одной и той же подгруппы являются химическими аналогам, элементы разных подгрупп одной и той же группы иногда очень резко отличаются по своим свойствам. Общим свойством для элементов главной и побочной подгрупп одной и, той же группы является в основном только одинаковая их высшая валентность по кислороду. Так, марганец Мn и хлор С1, находящиеся в разных подгруппах VII группы, химически не имеют почти ничего общего: марганец — металл, хлор — типичный неметалл. Однако формулы их высших оксидов и отвечающие им гидроокиси аналогичны: Мn2О7 — Cl2O7; НМnО4 — НС1О4.
В периодической системе имеются два горизонтальных ряда по 14 элементов, расположенных вне групп. Обычно их помещают внизу таблицы. Один из этих рядов составляют элементы, названные лантаноидами (буквально: подобные лантану), другой ряд — элементы актиноиды (подобные актинию). Символы актиноидов расположены под символами лантаноидов. Этим расположением выявляются 14 более коротких подгрупп, состоящих из 2 элементов каждая: это вторые побочные, или лантаноидно-актиноидные подгруппы.
На основе всего сказанного различают: а) главные подгруппы, б) побочные подгруппы и в) вторые побочные (лантаноидно-актиноидные) подгруппы.

Следует учесть, что некоторые главные подгруппы также отличаются друг от друга по строению атомов их элементов. Исходя из этого, все подгруппы периодической системы можно разделить на 4 категории.
I. Главные подгруппы I и II групп (подгруппы лития и бериллия).
II. Шесть главных подгрупп III — IV — V — VI — VII — VIII групп (подгруппы бора, углерода, азота, кислорода, фтора и неона).
III. Десять побочных подгрупп (по одной в I — VII группах и три в VIII группе). Jfc,
IV. Четырнадцать лантаноидно-актиноидных подгрупп.
Количества подгрупп этих 4-х категорий составляют арифметическую прогрессию: 2—6—10—14.
Следует отметить, что верхней элемент любой главной подгруппы находится во 2 периоде; верхний элемент любой побочной — в 4 периоде; верхний элемент любой лантаноидно-актиноидной подгруппы — в 6 периоде. Таким образом, с каждым новым четным периодом периодической системы появляются новые категории подгрупп.
Каждый элемент, кроме нахождения в той или иной группе и подгруппе, находится, еще в одном из семи периодов.
Периодом называется такая последовательность элементов, на протяжении которой свойства их изменяются в порядке постепенного усиления от типично металлических до типично неметаллических (металлоидных). Заканчивается каждый период инертным элементом. По мере ослабления металлических свойств у элементов начинают появляться и постепенно усиливаются неметаллические свойства; в середине периодов находятся обычно элементы, совмещающие в той или иной степени как металлические, так и неметаллические свойства. Эти элементы часто называют амфотерными.

Состав периодов.
Периоды не равномерны по числу входящих в них элементов. Первые три называются малыми, остальные четыре — большими. На рис. 8 изображен состав периодов. Число элементов в любом периоде выражается формулой 2п2 где n — целое число. Во 2 и 3 периодах находится по 8 элементов; в 4 и 5 — по 18 элементов; в 6—32 элемента; в 7, еще не законченном, пока 18, элементов, хотя теоретически должно быть тоже 32 элемента.
Оригинален 1 период. В нем только два элемента: водород Н и гелий Не. Переход свойств от металлических до неметаллических совершается:здесь в одном типично амфотерном элементе — водороде. Последний по присущим ему некоторым металлическим свойствам возглавляет подгруппу щелочных металлов, по присущим же ему неметаллическим свойствам — подгруппу галогенов. Водород поэтому часто помещают в периодической системе дважды — в 1 и VII группах.

Различный количественный состав периодов приводит к важному следствию: соседние элементы малых периодов, например углерод С и азот N сравнительно резко отличаются друг от друга по своим свойствам: соседние же элементы больших периодов, например, свинец Pb и висмут Bi, значительно ближе по свойствам друг к другу, так как изменение характера элементов в больших периодах происходит малыми скачками. На отдельных участках больших периодов наблюдается даже столь медленный спад металличности, что рядом стоящие элементы оказываются весьма сходными по своим химический свойствам. Такова, например, триада элементов четвертого периода: железо Fe – кобальт Со – никель Ni, которую часто называют «семейством железа». Сходство по горизонтали (горизонтальная аналогия) перекрывает здесь даже сходство по вертикали (вертикальную аналогию); так, элементы подгруппы железа — железо, рутений, осмий—менее химически сходны между собой, чем элементы «семейства железа».
Наиболее ярким примером горизонтальной аналогии являются.лантаноиды. Все они химически сходны между собой и с лантаном La. В природе они встречаются компаниями, трудно разделяются, типичная высшая валентность большинства их равна 3. У лантаноидов обнаружена особая внутренняя периодичность: каждый восьмой из них по порядку расположения повторяет в некоторой степени свойства и валентные состояния первого, т.е. того из них, от которого начинается отсчет. Так, тербий Тb похож на церий Се; лютеций Lu — на гадолиний Gd.
Актиноиды сходны с лантаноидами, однако горизонтальная аналогия у них проявляется в значительно меньшей степени. Высшая валентность некоторых актиноидов (например, урана U) достигает шести. Принципиально возможная и среди них внутренняя периодичность пока еще не подтверждена.

Расположение элементов в периодической системе. Закон Мозли.

Д. И. Менделеев расположил элементы в определенной последовательности, называемой иногда „Менделеевским рядом». В целом эта последовательность (нумерация) связана с возрастанием атомных масс элементов. Однако имеются и исключения. Иногда логичный ход изменения валентности находится в противоречии с ходом изменения атомных масс. В таких случаях необходимость требовала отдать предпочтение какой-либо одной из этих двух основ систематизации. Д. И. Менделеев в отдельных случаях нарушал принцип расположения элементов но возрастающим атомным массам и опирался на химическую аналогию между элементами. Если бы Менделеев поместил никель Ni перед кобальтом Со, йод I перед теллуром Те, то эти элементы попали бы в подгруппы и группы, не соответствующие, их свойствам, и их высшей валентности.
В 1913 г. английский ученый Г. Мозли, исследуя спектры лучей Рентгена для различных элементов, подметил закономерность, связывающую номера элементов в периодической системе Менделеева с длиной волн этих лучей, получившихся в результате облучения тех или иных элементов катодными тучами. Оказалось, что квадратные корни из обратных значений длин волн этих лучей связаны линейной зависимостью с порядковыми номерами соответствующих элементов. Закон Г. Мозли позволил проверить правильность „Менделеевского ряда» и подтвердил его безупречности.
Пусть, например, известны значения для элементов № 20 и №30, номера которых в системе сомнений у нас не вызывают. Эти значения связаны с указанными номерами линейной зависимостью. Для проверки, например, правильности номера, присвоенного кобальту (27), и судя по атомной массе, этот номер должен был бы иметь никель, его облучают катодными лучами: в результате из кобальта выделяются лучи Рентгена. Разложением их на подходящих дифракционных решетках (на кристаллах) получаем спектр этих лучей и, выбрав наиболее четкую из спектральных линий, измеряем длину волны () луча, соответствующего этой линии; затем откладываем на ординате значение . Из полученной точки А проводим прямую, параллельную оси абсцисс, до пересечения с выявленной ранее прямой. Из точки пересечения Б опускаем перпендикуляр на ось абсцисс: он точно укажет нам номер кобальта, равный 27. Так, периодическая система элементов Д. И. Менделеева — плод логических умозаключений ученого — получила экспериментальное подтверждение.

Современная формулировка периодического закона. Физический смысл порядкового номера элемента.

После работ Г. Мозли атомная масса элемента постепенно начала уступать свою первенствующую роль новой, еще не ясной по своему внутреннему (физическому) смыслу, но более четкой константе — порядковому или, как теперь называют, атомному номеру элемента. Физический смысл этой константы был выявлен в 1920 г. работами английского ученого Д.Чедвика. Д. Чёдвик экспериментально установил, что порядковый номер элемента численно равен величине положительного заряда Z ядра атома этого элемента, т. е. количеству протонов в ядре. Оказалось, что Д. И. Менделеев, сам того не подозревая, расставил элементы в последовательности, точно соответствующей возрастанию заряда ядер их атомов.
К этому же времени было также установлено, что атомы одного и того же элемента могут отличаться друг от друга своей массой; такие атомы получили название изотопов. Примером могут служить атомы: и . В периодической системе изотопы одного и того же элемента занимают одну клетку. В связи с открытием изотопов было уточнено понятие химический элемент. В настоящее время химическим элементом называют вид атомов, имеющих одинаковый заряд ядра — одинаковое количество протонов в ядре. Была уточнена и формулировка периодического закона. Современная формулировка закона гласит: свойства элементов и их соединений находятся в периодической зависимости от величины, заряда ядер их атомов.
Периодически изменяются и другие характеристики элементов, связанные со строением внешних электронных слоев атомов, атомные объемы, энергия ионизации и другие свойства.

Периодическая система и строение электронных оболочек атомов элементов.

В дальнейшем было установлено, что не только порядковый номер элемента имеет глубокий физический смысл, но и другие понятия, ранее рассмотренные ранее также постепенно приобретали физический смысл. Например, номер группы, указывая на высшую валентность элемента, выявляет тем самым максимальное число электронов атома того или иного элемента, которое может участвовать в образовании химической связи.
Номер периода, в свою очередь, оказался связанным с числом энергетических уровней, имеющихся в электронной оболочке атома элемента данного периода.
Таким образом, например, „координаты» олова Sn (порядковый номер 50, 5 период, главная подгруппа IV группы), означают, что электронов в атоме олова 50, распределены они на 5 энергетических уровнях, валентными являются лишь 4 электрона.
Физический смысл нахождения элементов в подгруппах различных категорий чрезвычайно важен. Оказывается, что у элементов, расположенных в подгруппах I категории, очередной (последний) электрон располагается на s-подуровне внешнего уровня. Эти элементы относят к электронному семейству. У атомов элементов, расположенных в подгруппах II категории, очередной электрон располагается на р-подуровне внешнего уровня. Это, элементы электронного семейства „р». Так, очередной 50-й электрон у атомов олова располагается на р-подуровне внешнего, т. е. 5-го энергетического уровня.
У атомов элементов подгрупп III категории очередной электрон располагается на d-подуровне, но уже пред внешнего уровня, это элементы электронного семейства «d». У атомов лантаноидов и актиноидов очередной электрон располагается на f-подуровне, пред пред внешнего уровня. Это элементы электронного семейства «f».
Не случайно, следовательно, отмеченные выше числа подгрупп этих 4-х категорий, то есть 2-6—10—14, совпадают с максимальными числами электронов на подуровнях s-p-d-f.
Но можно, оказывается, решить вопрос о порядке заполнения электронной оболочки и вывести электронную формулу для атома любого элемента и на основе периодической системы, которая с достаточной ясностью указывает уровень и подуровень каждого очередного электрона. Периодическая система указывает и на размещение одного за другим элементов по периодам, группам, подгруппам и на распределение их электронов по уровням и подуровням, потому что каждому элементу соответствует свой собственный, характеризующий его последний электрон. В качестве примера разберем составление электронной формулы для атома элемента циркония (Zr). Периодическая система дает показатели и „координаты» этого элемента: порядковый номер 40, период 5, группа IV, побочная подгруппа. Первые выводы: а) всех электронов 40, б) эти 40 электронов распределены на пяти энергетических уровнях; в) из 40 электронов только 4 являются валентными, г) очередной 40-й электрон поступил на d-подуровень пред внешнего, т. е. четвертого энергетического уровня. Подобные выводы можно сделать о каждом из 39 элементов, предшествующих цирконию, только показатели и координаты будут каждый раз иными.
Поэтому методический прием составления электронных формул элементов на основе периодической системы и состоит в том, что мы последовательно рассматриваем электронные оболочка каждого элемента по пути к заданному, выявляя по его «координатам», куда направился в оболочке его очередной электрон.
Первые два элемента первого периода водород Н и гелий Не относятся к s-семейству. Их электроны в числе двух поступают на s-подуровень первого уровня. Записываем: Певый период на этом заканчивается, первый энергетический уровень также. Следующие по порядку два элемента второго периода — литий Li и бериллий Be находятся в главных подгруппах I и II групп. Это также s-элементы. Их очередные электроны расположатся на s подуровне 2-го уровня. Записываем Далее следуют подряд 6 элементов 2-го периода: бор В, углерод С, азот N, кислород О, фтор F и неон Ne. Согласно местонахождению этих элементов в главных подгруппах Ш — Vl групп их очередные электроны в числе шести будут располагаться на р-подуровне 2-го уровня. Записываем: Инертным элементом неоном второй период заканчивается, второй энергетический уровень также закончен. Далее следуют два элемента третьего периода главных подгрупп I и II групп: натрий Na и магний Mg. Это s-элементы и их очередные электроны располагаются на s-подуровне 3-го уровня Затем идут шесть элементов 3-го периода: алюминий Аl, кремний Si, фосфор Р, сера S, хлор С1, аргон Аr. Согласно нахождению этих элементов в главных подгруппах III — УI групп их очередные электроны в числе шести расположатся на р-подуровне 3-го уровня — Инертным элементом аргоном 3-й период закончен, но 3-й энергетический уровень еще не закончен, пока отсутствуют электроны на его третьем возможном d-подуровне.
Далее следуют 2 элемента 4-го периода главных подгрупп I и II групп: калий К и кальций Са. Это снова s-элементы. Их очередные электроны будут находиться на s-подуровне, но уже 4-го уровня. Этим очередным электронам энергетически выгоднее начать заполнять более удаленный от ядра 4-й уровень, нежели заполнять подуровень 3d. Записываем: Десять следующих элементов 4-го периода от № 21 скандия Sc до № 30 цинка Zn находятся в побочных подгруппах III — V — VI — VII — VIII — I — II групп. Так как все они являются d-элементами, то их очередные электроны располагаются на d-подуровне пред внешнего уровня т. е. третьего от ядра. Записываем:
Следующие шесть элементов 4-го периода: галлий Ga, германий Ge, мышьяк As, селен Se, бром Вr, криптон Кr — находятся в главных подгруппах III — VIIJ групп. Их очередные 6 электронов располагаются на р-подуровне внешнего, т. е. 4-го уровня: Рассмотрены 3б элементов; четвертый период закончен инертным элементом криптоном; закончен и 3-й энергетический уровень. Однако на 4 уровне полностью заполнены лишь два подуровня: s и р (из 4-х. возможных).
Далее следуют 2 элемента 5-го периода главных подгрупп I и II групп: № 37 рубидий Rb и № 38 стронций Sr. Это элементы s-семейства, и их очередные электроны располагаются на s-подуровне 5-го уровня: Последние 2 элемента — № 39 иттрий YU № 40 цирконий Zr — находятся уже в побочных подгруппах, т. е. принадлежат к d-семейству. Два их очередных электрона направятся на, d-подуровень, пред внешнего, т.е. 4-го уровня Суммируя последовательно все записи, составляем электронную формулу для атома циркония № 40 Выведенную электронную формулу для атома циркония можно несколько видоизменить, расположив подуровни в порядке нумерации их уровней:

Свойства элементов. Энергия ионизации. Энергия сродства к электрону.

Сравнительное рассмотрение свойств элементов осуществляется по трем возможным направлениям периодической системы: а) горизонтальному (по периоду), б) вертикальному (по подгруппе), в) диагональному. Для упрощения рассуждений исключим 1-й период, незаконченный 7-й, а также всю VIII группу. Останется основной параллелограмм системы, в верхнем левом углу которого будет находится литий Li (№3), в нижнем левом – цезий Сs (№55). В правом верхнем – фтор F (№9), в правом нижнем – астат Аt (№85).
направлениям. По горизонтальному направлению слева направо объемы, атомов постепенно уменьшаются; происходит, это в результате влияния увеличения заряда ядра на электронную оболочку. По вертикальному направлению сверху вниз в результате увеличения числа уровней объемы атомов постепенно возрастают; по диагональному направлению — значительно менее отчетливо выраженному и более короткому — остаются близкими. Это общие закономерности, из которых, как всегда, имеются и исключения.
В главных подгруппах по мере увеличения объемов атомов, т. е. сверху вниз, облегчается отщепление внешних электронов и затрудняется присоединение к атомам новых электронов. Отдача электронов характеризует так называемую восстановительную способность элементов, особенно типичную для металлов. Присоединение же электронов характеризует окислительную способность, — типичную для неметаллов. Следовательно, сверху вниз в главных подгруппах восстановительная способность атомов элементов возрастает; увеличиваются и металлические свойства простых тел, соответствующих этим элементам. Окислительная же способность уменьшается.
Слева направо по периодам картина изменений противоположная: восстановительная способность атомов элементов уменьшается, окислительная же — увеличивается; увеличиваются неметаллические свойства простых тел, соответствующих этим элементам.
По диагональному направлению свойства элементов остается более или менее близкими. Рассмотрим это направление на примере: бериллий—алюминий [Be —Al]
От бериллия Be к алюминию Al можно перейти непосредственно по диагонали Ве > А1, можно и через бор В, т. е. по двум катетам Be > В и В > А1. Усиление неметаллических свойств от бериллия к бору и ослабление их от бора к алюминию объясняет, почему элементы бериллий и алюминий, расположенные по диагонали, имеют некоторую аналогию в свойствах, хотя они и не стоят в одной подгруппе периодической системы.
Таким образом, между периодической системой, строением атомов элементов и их химическими свойствами существует тесная связь.
Свойства атома любого элемента — отдавать электрон и превращаться в положительно заряженный ион — оцениваются количественно затратой энергии, называемой энергией ионизации I*. Ее выражают в ккал/г-атом или хдж/г-атом.

График изменения эдектроотрицательностн элементов главных подгрупп I—VII групп.

Периодический закон и периодическая система элементов имеют огромное философское, научное и методологическое значения. Они являются: средством познания окружающего нас мира. Периодический закон вскрывает и отражает диалектико-материалистическую сущность природы. Периодический, закон и периодическая система элементов со всей убедительностью доказывают единство и материальность окружающего нас мира. Они являются лучшим подтверждением справедливости основных черт марксистского диалектического метода познания: а) взаимосвязи и взаимозависимости предметов и явлений, б) непрерывности движения и развития, в) перехода количественных изменений в качественные, г) борьбы и единства противоположностей.
Огромное научное значение периодического закона заключается в том, что он помогает творческим открытиям в области химических, физических, минералогических, геологических, технических и других наук. До открытия периодического закона химия представляла собой скопление разрозненных, лишенных внутренней связи фактических сведений; теперь все это приведено в единую стройную систему. Многие открытия в области химии и физики были сделаны на основе периодического закона и периодической системы элементов. Периодический закон открыл путь к познанию внутреннего строения атома и его ядра. Он обогащается все новыми открытиями и подтверждается как незыблемый, объективный закон природы. Большое методологическое и методическое значение периодического закона и периодической системы элементов заключается в том, что при изучении химии они дают возможность развивать у студента диалектико-материалистическое мировоззрение и облегчают усвоение курса химии: Изучение химии следует строить не на запоминании свойств отдельных элементов и их соединений, а судить о свойствах простых и сложных веществ, исходя из закономерностей, выраженных периодическим законом и периодической системой элементов.

testent.ru

Реферат по химии на тему ««Жизнь и деятельность Д.И. Менделеева. Периодический закон »»

Успейте воспользоваться скидками до 50% на курсы «Инфоурок»

Реферат по дисциплине:

« Жизнь и деятельность Д.И. Менделеева. Периодический закон »

Мустафина Елена Валериевна

2. Открытие периодического закона и его роль……………………..8

Открытие периодического закона………………………………….9

2.3Периодический закон и строение атома…………………………..11

Периодическая система химических элементов и строение атома.12

3. Работы в области органической химии…………………………….14

Периодический закон и Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева – основа современной химии. Да и остальные открытия ученого по сей день не потеряли своего значения.

Дмитрий Иванович Менделеев – один из самых выдающихся ученых. Его исследования, открытия, изыскания оказали огромное влияние на развитие многих наук (химии, в частности) и образования. Д.И. Менделеев обладал всеми качествами талантливого ученого: даром научного предвидения, научной интуицией, умением обобщать, анализировать, делать верные выводы, постоянным стремлением к познанию неведомого. И что самое главное: ученый не считал науку обособленной. Д.И. Менделеев полагал, что научные открытия, в первую очередь, должны иметь практическое значение.

Именем ученого названы города, заводы, учебные заведения, научно-исследовательские институты. В честь Д.И. Менделеева в России утверждена золотая медаль – она присуждается за выдающиеся работы по химии. Имя ученого присвоено Российскому химическому обществу. Даже элементу с порядковым номером 101 было дано название менделевий, в честь Дмитрия Ивановича.

Научное и педагогическое наследие Д.И. Менделеева огромно – полное собрание сочинений составляет 25 томов! Круг интересов ученого был весьма разнообразен, его интересовали порой совершенно противоположные отрасли знания.

Человек, считающий себя образованным, просто обязан знать, какой ценный вклад внес в российскую (да и в мировую) науку такой редчайший гений, как Д.И. Менделеев.

Генетика – штука причудливая. Существует гипотеза: последние, поздние дети нередко «наследуют» богатый опыт своих немолодых, но одаренных родителей, самые выдающиеся их способности. Менделеев – тому, пожалуй, самый яркий пример.

Д.И. Менделеев принадлежал к поколению деятелей передовой русской науки и культуры второй половины XIX столетия, к поколению, которое выросло под идейным влиянием русских революционных демократов. Это был период активной борьбы передовых людей общества за развитие национальной экономики, науки и культуры, за просвещение народа и улучшение его благосостояния.

Современники Д.И. Менделеева и его друзья – русские ученые, инженеры, писатели, композиторы и художники – дали высокие образцы научного, технического и художественного творчества, продемонстрировав перед всем миром величие и силу русского народа. Среди них имя Д.И. Менделеева занимает одно из самых видных мест.

infourok.ru

Смотрите так же:

  • Надзор за исполнением законов судебными приставами прокурорский надзор Надзор за исполнением законов судебными приставами прокурорский надзор Глава 13. Прокурорский надзор за исполнением законов судебными приставами 13.1. Сущность, предмет и задачи прокурорского надзора за исполнением законов судебными приставами13.2. Полномочия прокурора по надзору за исполнением законов […]
  • Приказ ио министра труда и социальной защиты населения рк Приказ Министра труда и социальной защиты населения РК от 27.03.2017 года № 46 О внесении изменений и дополнений в приказ Министра здравоохранения и социального развития Республики Казахстан от 29 декабря 2015 года № 1065 «О некоторых вопросах осуществления государственных закупок у общественных объединений инвалидов […]
  • П 24 правила дорожного движения п. 24 ПДД РФ (пункт 24 Правил дорожного движения РФ). Дополнительные требования к движению велосипедов, мопедов, гужевых повозок, а также прогону животных Правила дорожного движения Российской Федерации (ПДД РФ) *(1) В дальнейшем - Правила. *(2) Здесь и далее приводится нумерация дорожных знаков согласно приложению […]
  • Если я оплачу долг до суда Каким будет решение суда, если я оплачу основной долг по алиментам? на меня подан иск о долге по алиментам плюс пени плюс моральный ущерб, заседание назначено на 3 мая, если я оплачу основной долг по алимментам до 3 мая, каково будет решение суда по иску Ответы юристов (1) ГПК РФ Статья 220. Основания прекращения […]
  • Федеральный закон рф о государственных пособиях гражданам имеющим детей Федеральный закон рф о государственных пособиях гражданам имеющим детей Федеральный закон «О государственных пособиях гражданам, имеющим детей» Федеральный закон от 19.05.1995 № 81-ФЗ «О государственных пособиях гражданам, имеющим детей». Последняя действующая редакция от 28.03.2017г. с последними изменениями и […]
  • Налог на фургон категории в Определяем ставку транспортного налога для фургонов и других нетипичных автомобилей с категорией "B" Вылавливаем нужную информацию из ПТС Сразу скажем, что данные, указанные в строке 4 "Категория ТС (A, B, C, D, прицеп)" паспорта транспортного средства (ПТС), учитывать не нужно. Ведь категория "B" вовсе не означает, […]
  • Экспертиза программного продукта Экспертиза программного обеспечения Экспертиза программного обеспечения – это разновидность инженерно-технической экспертизы. Данный вид исследования чрезвычайно актуален, поскольку программное обеспечение – один из наиболее динамично развивающихся сегментов технологической сферы. Еще одна причина, по которой […]
  • Санитарно эпидемиологический режим в лпу приказы Тема: санитарно – противоэпидемический режим в стационаре. Задачи. Требования Ведение. Статистика по ВБИ. Нормативные документы, регламентирующие работу по санитарно- эпидемиологическому режиму в УЗ. Профилактика ВБИ при выполнении сестринских вмешательств. 1. Условно можно выделить три вида вби: у пациентов, […]