Доклад: Периодичната таблица и нейното значение в развитието на химията от Д. Менделеев

Периодичната таблица на елементите оказа голямо влияние върху последващото развитие на химията.

Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907)

Това не само беше първата естествена класификация на химичните елементи, показваща, че те образуват хармонична система и са в тясна връзка един с друг, но също така се превърна в мощен инструмент за по-нататъшни изследвания.

По времето, когато Менделеев съставя таблицата си въз основа на открития от него периодичен закон, много елементи все още са неизвестни. По този начин елементът от четвъртия период скандий беше неизвестен. По отношение на атомната маса титанът идва след калция, но титанът не може да бъде поставен веднага след калция, тъй като би попаднал в третата група, докато титанът образува по-висок оксид и според други свойства трябва да се класифицира в четвърта група . Следователно Менделеев е прескочил една клетка, тоест е оставил свободно пространство между калция и титана. На същата основа в четвъртия период бяха оставени две свободни клетки между цинк и арсен, сега заети от елементите галий и германий. На другите редове все още има празни места. Менделеев не само беше убеден, че трябва да има все още неизвестни елементи, които биха запълнили тези пространства, но също така предсказа свойствата на такива елементи предварително въз основа на тяхното положение сред другите елементи на периодичната таблица. Той даде името екабор на един от тях, който в бъдеще трябваше да заеме място между калций и титан (тъй като неговите свойства трябваше да наподобяват бора); другите две, за които имаше празни места в таблицата между цинк и арсен, бяха наречени ека-алуминий и ека-силиций.

През следващите 15 години предсказанията на Менделеев бяха брилянтно потвърдени: и трите очаквани елемента бяха открити. Първо, френският химик Lecoq de Boisbaudran откри галий, който има всички свойства на ека-алуминия; след това, в Швеция, L. F. Nilsson открива скандий, който има свойствата на екаборон, и накрая, няколко години по-късно в Германия, K. A. Winkler открива елемент, който нарича германий, който се оказва идентичен на екасилиция.

За да преценим удивителната точност на прозорливостта на Менделеев, нека сравним свойствата на ека-силиция, предсказан от него през 1871 г., със свойствата на германия, открит през 1886 г.:

Откриването на галий, скандий и германий е най-големият триумф на периодичния закон.

Периодичната система също е от голямо значение за установяване на валентността и атомните маси на някои елементи. Така елементът берилий отдавна се смята за аналог на алуминия и на неговия оксид е определена формулата. Въз основа на процентния състав и очакваната формула на берилиевия оксид, неговата атомна маса се счита за 13,5. Периодичната таблица показва, че има само едно място за берилий в таблицата, а именно над магнезия, така че неговият оксид трябва да има формулата, която дава атомната маса на берилий, равна на десет. Това заключение скоро беше потвърдено от определянето на атомната маса на берилия от плътността на парите на неговия хлорид.

Точно така И в момента периодичният закон остава водещата нишка и водещият принцип на химията. На негова основа през последните десетилетия бяха изкуствено създадени трансуранови елементи, разположени в периодичната таблица след урана. Един от тях - елемент № 101, получен за първи път през 1955 г. - е наречен менделевий в чест на великия руски учен.

Откриването на периодичния закон и създаването на система от химични елементи е от голямо значение не само за химията, но и за философията, за цялото ни разбиране за света. Менделеев показа, че химичните елементи образуват хармонична система, която се основава на основен закон на природата. Това е израз на позицията на материалистичната диалектика за взаимовръзката и взаимозависимостта на природните явления. Разкривайки връзката между свойствата на химичните елементи и масата на техните атоми, периодичният закон беше блестящо потвърждение на един от универсалните закони на развитието на природата - законът за прехода на количеството в качество.

Последващото развитие на науката направи възможно въз основа на периодичния закон да се разбере структурата на материята много по-дълбоко, отколкото беше възможно по време на живота на Менделеев.

Теорията за структурата на атома, разработена през 20 век, на свой ред дава ново, по-дълбоко осветление на периодичния закон и периодичната система от елементи. Пророческите думи на Менделеев бяха блестящо потвърдени: "Периодичният закон не е заплашен от унищожение, но се обещава само надстройка и развитие."

Периодичната таблица на елементите оказа голямо влияние върху последващото развитие на химията. Това не само беше първата естествена класификация на химичните елементи, показваща, че те образуват хармонична система и са в тясна връзка помежду си, но беше и мощен инструмент за по-нататъшни изследвания.
По времето, когато Менделеев съставя таблицата си въз основа на открития от него периодичен закон, много елементи все още са неизвестни. По този начин елементът скандий от период 4 беше неизвестен. По отношение на атомната маса Ti идва след Ca, но Ti не може да бъде поставен непосредствено след Ca, защото би попаднал в група 3, но поради свойствата на Ti трябва да бъде класифициран в група 4. Следователно Менделеев е пропуснал една клетка. На същата основа в период 4 бяха оставени две свободни клетки между Zn и As. На другите редове все още има празни места. Менделеев не само беше убеден че трябва да има все още неизвестни елементи, които биха запълнили тези места, но и предварително предсказани свойствата на такива елементи, въз основа на тяхното положение сред другите елементи на периодичната таблица.На тези елементи са дадени и имената екабор (тъй като се предполага, че свойствата му приличат на бор), екаалуминий, екасилиций...

През следващите 15 години предсказанията на Менделеев бяха брилянтно потвърдени; и трите очаквани елемента бяха отворени. Първо, френският химик Lecoq de Boisbaudran открива галия, който има всички свойства на ека-алуминия. След това в Швеция L.F. Нилсън откри скандий и накрая, няколко години по-късно в Германия, К. А. Винклер откри елемент, който нарече германий, който се оказа идентичен с еаксилацията...
Откриването на Ga, Sc, Ge беше най-големият триумф на периодичния закон. Периодичната система също е от голямо значение за установяване на валентността и атомните маси на някои елементи. По същия начин периодичната таблица даде тласък на корекцията на атомните маси на някои елементи.Например на Cs преди това е приписвана атомна маса 123,4. Менделеев, подреждайки елементите в таблица, установява, че според свойствата си Cs трябва да бъде в главната подгрупа на първата група под Rb и следователно ще има атомна маса около 130. Съвременните определения показват, че атомната маса на Cs е 132.9054..
И в момента периодичният закон остава пътеводната звезда на химията. На негова основа бяха изкуствено създадени трансуранови елементи.Един от тях, елемент № 101, получен за първи път през 1955 г., е наречен менделевий в чест на великия руски учен.
Последващото развитие на науката направи възможно въз основа на периодичния закон да се разбере структурата на материята много по-дълбоко, отколкото това е било възможно по време на живота на Менделеев.
Пророческите думи на Менделеев бяха блестящо потвърдени: "Периодичният закон не е заплашен от унищожение, но се обещава само надстройка и развитие."

Д. И. Менделеев пише: „Преди периодичния закон елементите представляваха само фрагментарни случайни явления на природата; нямаше причина да очакваме нови, а тези, които се намериха отново, бяха напълно неочаквана новост. Периодичният модел беше първият, който направи възможно да се видят все още неоткрити елементи на разстояние, което зрението без помощта на този модел все още не беше достигнало.

С откриването на Периодичния закон химията престана да бъде описателна наука - тя получи инструмент за научно предвиждане. Този закон и неговото графично изображение - таблицата на периодичната таблица на химичните елементи от Д. И. Менделеев - изпълняват и трите най-важни функции на теоретичното познание: обобщаваща, обяснителна и предсказваща. Въз основа на тях учените:

систематизира и обобщава цялата информация за химичните елементи и образуваните от тях вещества;
даде обосновка на различните видове периодични зависимости, съществуващи в света на химичните елементи, обяснявайки ги въз основа на структурата на атомите на елементите;
предсказа, описа свойствата на все още неоткрити химични елементи и образуваните от тях вещества, а също така посочи начините за тяхното откриване.

Самият Д. И. Менделеев трябваше да систематизира и обобщи информацията за химичните елементи, когато откри Периодичния закон, построи и подобри таблицата си. Освен това грешките в стойностите на атомните маси и наличието на елементи, които все още не са открити, създават допълнителни трудности. Но великият учен бил твърдо убеден в истинността на открития от него природен закон. Въз основа на сходството в свойствата и вярвайки в правилното определяне на мястото на елементите в таблицата на периодичната система, той значително промени атомните маси и валентността в съединенията с кислород на десет приети по това време елемента и ги „коригира“ за десет други. Той постави осем елемента в таблицата, противно на общоприетите идеи по това време за тяхната прилика с други. Например, той изключва талия от естественото семейство на алкалните метали и го поставя в група III според най-високата валентност, която проявява; той прехвърля берилий с неправилно определена относителна атомна маса (13) и валентност III от група III във II, променяйки стойността на относителната му атомна маса на 9 и най-високата валентност на II.

Повечето учени възприемат поправките на Д. И. Менделеев като научна несериозност и необоснована наглост. Периодичният закон и таблицата на химичните елементи се разглеждат като хипотеза, т.е. предположение, което се нуждае от проверка. Ученият разбира това и именно за да провери правилността на закона и системата от елементи, които открива, описва подробно свойствата на елементите, които все още не са открити, и дори методите за тяхното откриване, въз основа на предвиденото им място в системата. . Използвайки първата версия на таблицата, той прави четири прогнози за съществуването на неизвестни елементи (галий, германий, хафний, скандий), а според подобрената, втора версия, той прави още седем (технеций, рений, астат, франций, радий, актиний, протактиний).

През периода от 1869 до 1886 г. са открити три предвидени елемента: галий (P. E. Lecoq de Boisbaudran, Франция, 1875), скандий (L. F. Nilsson, Швеция, 1879) и германий (C. Winkler, Германия, 1886). Откриването на първия от тези елементи, което потвърди правилността на прогнозата на великия руски учен, предизвика само интерес и изненада сред колегите му. Откриването на германия беше истински триумф на периодичния закон. К. Винклер пише в статията „Послание за Германия“: „Вече няма никакво съмнение, че новият елемент не е нищо друго освен ека-силиций, предсказан от Менделеев петнадесет години по-рано. Защото едва ли може да се даде по-убедително доказателство за валидността на доктрината за периодичността на елементите от въплъщението на досега хипотетичния ека-силиций и то наистина представлява нещо повече от просто потвърждение на една смело изложена теория - това означава изключително разширяване на химическото зрително поле, могъща стъпка в полето на познанието."

Въз основа на закона и таблицата на Д. И. Менделеев са предсказани и открити благородните газове. И сега този закон служи като пътеводна звезда за откриването или изкуственото създаване на нови химически елементи. Например, може да се твърди, че елемент #114 е подобен на оловото (ekaslead) и #118 би бил благороден газ (ekaradone).

Откриването на периодичния закон и създаването на таблицата на периодичната система на химичните елементи от Д. И. Менделеев стимулира търсенето на причините за взаимовръзката на елементите, допринесе за идентифицирането на сложната структура на атома и развитието на учение за структурата на атома. Това учение от своя страна направи възможно разкриването на физическия смисъл на Периодичния закон и обясни подредбата на елементите в Периодичната система. Това доведе до откриването на атомната енергия и използването й за нуждите на човека.

Въпроси и задачи към § 5

Анализирайте разпределението на биогенните макроелементи по периоди и групи от периодичната таблица на Д. И. Менделеев. Нека припомним, че те включват C, H, O, N, Ca, S, P, K, Mg, Fe.
Защо елементите от основните подгрупи на 2-ри и 3-ти периоди се наричат химически аналози? Как се проявява тази аналогия?
Защо водородът, за разлика от всички други елементи, е написан два пъти в периодичната таблица на Д. И. Менделеев? Докажете валидността на двойственото положение на водорода в периодичната таблица, като сравните структурата и свойствата на неговия атом, просто вещество и съединения със съответните форми на съществуване на други елементи - алкални метали и халогени.
Защо свойствата на лантана и лантанидите, актиния и актинидите са толкова сходни?
Какви форми на съединения ще бъдат еднакви за елементите от главните и вторичните подгрупи?
Защо общите формули на летливите водородни съединения в периодичната система са записани само под елементите на главните подгрупи, а формулите на висшите оксиди - под елементите на двете подгрупи (в средата)?
Каква е общата формула на висшия хидроксид, съответстващ на елементи от VII група? Какъв е характерът му?

През 1869 г. Д. И. Менделеев, въз основа на анализ на свойствата на прости вещества и съединения, формулира периодичния закон: „Свойствата на простите тела и съединенията на елементите периодично зависят от големината на атомните маси на елементите.“Въз основа на периодичния закон е съставена периодичната система от елементи. В него елементи с подобни свойства бяха комбинирани във вертикални групови колони. В някои случаи, когато се поставят елементи в периодичната таблица, беше необходимо да се наруши последователността на увеличаване на атомните маси, за да се поддържа периодичността на повторението на свойствата. Например, трябваше да „разменим“ телур и йод, както и аргон и калий. Причината е, че Менделеев предлага периодичния закон във време, когато нищо не се знае за структурата на атома.След като планетарният модел на атома е предложен през 20 век, периодичният закон се формулира по следния начин:

„Свойствата на химичните елементи и съединения периодично зависят от зарядите на атомните ядра.“

Зарядът на ядрото е равен на номера на елемента в периодичната таблица и броя на електроните в електронната обвивка на атома. Тази формулировка обяснява "нарушенията" на Периодичния закон. В периодичната система номерът на периода е равен на броя на електронните нива в атома, номерът на групата за елементите от основните подгрупи е равен на броя на електроните във външното ниво.

Научно значение на периодичния закон. Периодичният закон направи възможно систематизирането на свойствата на химичните елементи и техните съединения. При съставянето на периодичната таблица Менделеев предсказал съществуването на много неоткрити елементи, оставяйки празни клетки за тях и предсказал много свойства на неоткритите елементи, които улеснили откриването им.Първото от тях последва четири години по-късно.

Но голямата заслуга на Менделеев не е само в откриването на нови неща.

Менделеев открива нов природен закон. Вместо разнородни, несвързани субстанции, науката се изправи пред единна хармонична система, която обедини всички елементи на Вселената в едно цяло; атомите започнаха да се разглеждат като:

1. органично свързани помежду си чрез общ модел,

2. откриване на прехода на количествени промени в атомното тегло в качествени промени в техния химикал. индивидуалности,

3. което показва, че обратното е метално. и неметални. Свойствата на атомите не са абсолютни, както се смяташе досега, а само относителни по природа.

24. Появата на структурни теории в процеса на развитие на органичната химия. Атомно-молекулярната наука като теоретична основа на структурните теории.

Органична химия.През целия 18 век. По въпроса за химическите взаимоотношения на организмите и веществата учените се ръководят от доктрината на витализма - учение, което разглежда живота като специално явление, подчинено не на законите на Вселената, а на влиянието на специални жизнени сили. Този възглед е наследен от много учени от 19-ти век, въпреки че основите му са разклатени още през 1777 г., когато Лавоазие предполага, че дишането е процес, подобен на горенето.

През 1828 г. немският химик Фридрих Вьолер (1800–1882) чрез нагряване на амониев цианат (това съединение безусловно се класифицира като неорганично вещество) получава урея, отпадъчен продукт на хората и животните. През 1845 г. Адолф Колбе, ученик на Вьолер, синтезира оцетна киселина от изходните елементи въглерод, водород и кислород. През 1850 г. френският химик Пиер Бертло започва систематична работа по синтеза на органични съединения и получава метилов и етилов алкохол, метан, бензен и ацетилен. Систематично изследване на естествени органични съединения показва, че всички те съдържат един или повече въглеродни атоми и много от тях съдържат водородни атоми. Теория на типовете. Откриването и изолирането на огромен брой сложни въглеродсъдържащи съединения повдигна въпроса за състава на техните молекули и доведе до необходимостта от преразглеждане на съществуващата система за класификация. През 1840 г. учените химици осъзнават, че дуалистичните идеи на Берцелиус се отнасят само за неорганични соли. През 1853 г. е направен опит да се класифицират всички органични съединения по тип. Обобщена "теория на типа" е предложена от френски химик Чарлз Фредерик Жерар, който смята, че комбинацията от различни групи атоми се определя не от електрическия заряд на тези групи, а от техните специфични химични свойства.

Структурна химия. През 1857 г. Кекуле, въз основа на теорията за валентността (валентността се разбира като броя на водородните атоми, които се комбинират с един атом на даден елемент), предполага, че въглеродът е четиривалентен и следователно може да се комбинира с четири други атома, образувайки дълги вериги - прави или разклонени. Следователно органичните молекули започнаха да се изобразяват не под формата на комбинации от радикали, а под формата на структурни формули - атоми и връзки между тях.

През 1874 г. датски химик Якоб ван Хофи френският химик Жозеф Ашил Льо Бел (1847–1930) разширява тази идея до подреждането на атомите в пространството. Те вярвали, че молекулите не са плоски, а триизмерни структури. Тази концепция позволи да се обяснят много добре известни явления, например пространствена изомерия, съществуването на молекули с еднакъв състав, но с различни свойства. Данните се вписват много добре в него Луи Пастьоротносно изомерите на винената киселина.

Периодичната таблица на елементите оказа голямо влияние върху последващото развитие на химията.

Откриването на галий, скандий и германий е най-големият триумф на периодичния закон.

Периодичната система също е от голямо значение за установяване на валентността и атомните маси на някои елементи. Така елементът берилий отдавна се смята за аналог на алуминия и на неговия оксид е определена формулата. Въз основа на процентния състав и очакваната формула на берилиевия оксид, неговата атомна маса се счита за 13,5. Периодичната таблица показва, че има само едно място за берилий в таблицата, а именно над магнезия, така че неговият оксид трябва да има формулата, която дава атомната маса на берилия, равна на десет. Това заключение скоро беше потвърдено от определянето на атомната маса на берилия от плътността на парите на неговия хлорид.

Точно<гак же периодическая система дала толчок к исправлению атомных масс некоторых элементов. Например, цезию раньше приписывали атомную массу 123,4. Менделев же, располагая элементы в таблицу, нашел, что по своим свойствам цезий должен стоять в главной подгруппе первой группы под рубидием и потому будет иметь атомную массу около 130. Современные определения показывают, что атомная масса цезия равна 132,9054.

И в момента периодичният закон остава водеща нишка и водещ принцип на химията. На негова основа през последните десетилетия бяха изкуствено създадени трансуранови елементи, разположени в периодичната таблица след урана. Един от тях - елемент № 101, получен за първи път през 1955 г. - е наречен менделевий в чест на великия руски учен.